Yb3+离子摩尔分数对Yb ∶ GAB晶体辐射陷阱的影响

测量了一系列Yb³⁺摩尔分数(0.125…1)在Yb³⁺ ∶ GdAl₃(BO₃)₄ 晶体(Yb ∶ GAB)的室温偏振吸收光谱、发射光谱。为了揭示和消除辐射陷阱对Yb³⁺光谱性质的影响,分别测量了块状、粉末和稀释粉末样品的发射光谱。为了比较不同摩尔分数和不同方式辐射陷阱的影响,采用倒易法(RM)和Fuchtbauer-Ladenburg公式(FL)来计算发射截面。实验结果表明:随着Yb³⁺离子摩尔分数的增加,辐射陷阱效应对发射光谱的影响越来越严重。在发射光谱中,随着Yb³⁺离子摩尔分数的增加,短波段发射变弱,长波段发射变强,因此,提出了Yb ∶ GAB 晶体中发射光谱的重心波长移动 Δλ与 Yb³⁺离子摩尔分数之间的经验关系来定量分析Yb³⁺离子摩尔分数变化对辐射陷阱的影响;采用稀释法能够很好消除辐射陷阱对发射光谱的影响,而粉末法对于低Yb³⁺浓度的样品能够比较好地消除辐射陷阱的影响,块状样品直接测量很难消除辐射陷阱的影响。     

壳聚糖/LaF3 ∶ Eu3+纳米复合粒子的简易合成及发光特性

在水溶液中采用化学共沉淀法制备了壳聚糖/LaF₃ ∶ Eu³⁺纳米复合粒子。通过透射电子显微镜(TEM),X射线衍射(XRD),傅立叶变换近红外(FT-IR)光谱对样品进行了表征。结果表明:所得纳米复合粒子大小在 20 nm左右,粒径均匀,表面包覆的壳聚糖使其易溶于水,并具备了与生物蛋白偶联的多个基团。测量了该纳米复合粒子的激发光谱与发射光谱,详细说明了各发光峰对应能级的跃迁及其发光机理,分析了不同掺杂浓度对其相对发光强度的影响。结果表明:当 Eu³⁺离子掺杂摩尔分数为 10%时,样品的相对发光强度达到最大值。最后介绍了壳聚糖/LaF₃ ∶ Eu³⁺纳米复合粒子与荧光蛋白 FITC偶联的方法,以表明其在生物学中潜在的应用价值。     

Yb3+,Er3+共掺BaGd2ZnO5材料的制备及其上转换发光效率

采用溶胶-凝胶法制备了含有不同Yb³⁺,Er³⁺掺杂浓度的BaGd₂ZnO₅上转换发光材料,测量了这些样品在不同激发光密度下的上转换光发射功率及上转换效率。实验结果表明:在不同激发光密度下,所有样品的光发射功率都存在极大值,其中Yb³⁺掺杂摩尔分数为4%,Er³⁺掺杂摩尔分数为1%时样品的最大发射光功率可达20 mW;样品的上转换绝对效率也存在极大值,随着Yb³⁺和Er³⁺浓度增加,绝对效率的极大值向较低激发光密度方向移动,在Yb³⁺掺杂摩尔分数为9%,Er³⁺掺杂摩尔分数为3%时样品的上转换效率达到最高,绝对效率为3.2%,极值效率最大值为6.9%。     

Tm3+和 Yb3+共掺杂PGETYA玻璃的直接敏化上转换发光

制备了一种稀土离子掺杂的PGETYA氟氧玻璃材料,它不仅具有较高的上转换发光效率,而且还避免了氟化物基质的缺点。其组分为58.52PbF₂-34.43GeO₂-3Al₂O₃ -0.05Tm₂O₃-4Yb₂O₃,以共掺杂Tm³⁺和Yb³⁺离子为上转换研究的对象。测量了该玻璃系统在980 nm LD激发下的上转换发光光谱,观察到很强的476 nm的蓝色荧光,它来源于Tm³⁺离子的¹G₄→³H₆跃迁。同时,还有两个较弱的红色荧光来源于Tm³⁺离子的¹G₄→³H₄和³F₃→³H₆跃迁。对上转换发光强度与泵浦电流关系曲线的拟合结果表明:此材料的蓝色上转换为三光子过程,红色上转换为双光子过程。     

Ce3+/Eu2+共掺Ca3Si2O4N2荧光粉的光学特性

采用高温固相法制备了一种新型的白光LED用Ca3Si2O4N2∶Eu2+,Ce3+,K+荧光粉。利用X射线衍射仪对样品的物相结构进行了分析,结果表明:Ce3+和K+离子的掺杂没有改变Ca3Si2O4N2∶Eu2+荧光粉的主晶相。利用荧光光谱仪对样品的发光性能进行了测试,发现样品在355 nm激发下得到的发射光谱为峰值位于505 nm的单峰,是Eu2+离子5d-4f电子跃迁引起的。Ca3Si2O4N2∶Eu2+荧光粉通过Ce3+和K+离子的掺杂,发光明显增强。当Ce3+的摩尔分数为1%时,荧光粉的发光强度达到最大值,是单掺Eu2+离子荧光粉发光强度的168%。通过光谱重叠的方法计算Ce3+→Eu2+能量传递临界的距离为2.535 nm。     

NaYF4∶Eu3+, Tm3+, Yb3+材料中Stokes和反Stokes发光研究

合成了Eu3+,Tm3+和Yb3+掺杂的NaYF₄材料。360 nm光激发呈蓝色发光,峰值位于452 nm,对应Tm3+的1D₂→3F₄跃迁;395 nm光激发呈橙色发光,峰值位于591 nm,对应Eu3+的5D₀→7F₁跃迁;409 nm光激发呈红色发光,峰值位于613 nm,对应Eu3+的5D₀→7F₂跃迁;980 nm光激发呈蓝色和红色发光,发光峰位于474和646 nm。蓝光来源Tm3+的1G₄ →3H₆跃迁,红光来源Tm3+的1G₄→3F₄跃迁。在双对数曲线中,蓝光474 nm和红光646 nm的斜率分别为2.1和2.4,在980 nm光激发下,蓝光和红光发射都是双光子过程。还研究了材料的吸收光谱,并利用X射线衍射,扫描电镜测试了材料的物相结构和微观形貌。结果表明：NaYF₄∶Eu3+, Tm3+, Yb3+材料具有较规则的六方相结构,结晶良好。     

共沉淀法制备NaYF4 : Tm3+,Yb3+的上转换发光

通过共沉淀法制备Tm³⁺和Yb³⁺掺杂的NaYF₄上转换发光材料。其中Tm³⁺和Yb³⁺的摩尔分数分别为0.01%,0.1%。在室温下测试了NaYF₄ : Tm³⁺,Yb³⁺材料在300~1 100 nm的吸收光谱。利用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)测试了合成材料的物相结构和微观形貌。结果表明:NaYF₄ : Tm³⁺,Yb³⁺材料为六方相晶体,其颗粒大小约为50~60 nm,产物结晶良好,含有少量杂相。在798 nm近红外光激发下,测试了样品的上转换发光光谱。观察到了蓝、绿色上转换发光。讨论了上转换发光的可能机理,蓝光主要来源于Tm³⁺的激发态¹G₄到基态³H₆的跃迁,绿光来源于Tm³⁺的¹D₂→³H₅跃迁。     

BaIn6Y2O13∶Yb3+, Er3+的制备及上转换发光性质的研究

采用高温固相法合成了不同Yb3+和Er3+掺杂浓度的BaIn₆Y₂O₁₃上转换发光材料。XRD数据显示,所合成的BaIn₆Y₂O₁₃∶Yb3+, Er3+属于六方晶系,引入激活剂并没有改变基质的晶体结构。利用971 nm半导体激光器激发样品,测量样品在不同激发光密度下上转换发射光谱和发射光功率,计算了上转换能量效率。数据表明在激发密度不变,激活剂浓度增加时,上转换光绿红比减小;激活剂浓度不变激发光密度增加时,发射光绿红比增大。分析表明是由于Er3+之间的交叉弛豫增强导致绿红比随激活剂掺杂浓度的增加而减小;Yb3+和Er3+之间的能量传递和Er3+的激发态吸收增强导致绿红比随激发密度的增加而增大。随着激发功率增加, 在较低激发功率时, 上转换绿光发射强度与激发功率的二次方成正比; 在较高激发功率时, 上转换绿光发射强度与激发功率的一次方成正比, 与报道的结果一致。能量效率存在极大值, 分别为0.38%(Yb3+掺杂浓度3%, Er3+掺杂浓度1%)和0.06%(Yb3+掺杂浓度9%, Er3+掺杂浓度3%), 产生极值的一个原因是4I_13/2亚稳态能级寿命较长, 聚集了大量电子, 使基态电子急剧减少, 导致上转换泵浦效率降低。     

Eu3+激活K2CaP2O7荧光粉的制备和发光性质

采用高温固相法制备了系列不同浓度Eu³⁺离子掺杂的K₂CaP₂O₇红色荧光粉。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、荧光光谱和荧光寿命曲线等手段对荧光粉的物相结构、形貌以及发光性质进行了研究。结果表明所制备的荧光粉均属于单斜结构,Eu³⁺离子掺杂没有引起晶体结构明显变化,荧光粉形貌不规则,颗粒为微米量级且部分发生团聚。在393 nm紫外光激发下,荧光粉显示出红光发射,最强发射峰位于613 nm。Eu³⁺离子掺杂浓度对发光强度有显著影响,最佳掺杂摩尔分数为0.08,由此计算能量传递临界距离为1.61 nm。荧光寿命受掺杂浓度影响较小,当Eu³⁺掺杂摩尔分数为0.005~0.10时,荧光寿命在2.45~2.58 ms范围内。变温发射光谱显示,测试温度为150℃时,荧光粉的发光强度为室温的73%。研究表明,Eu³⁺离子掺杂的K₂CaP₂O₇是性能较好的红色荧光粉。     

Tm3+在二苯甲酰基甲基亚砜配合物体系中对Dy3+的荧光增强效应

合成了六种高氯酸掺杂稀土(Dy³⁺,Tm³⁺)与二苯甲酰基甲基亚砜的配合物。经元素分析、稀土络合滴 定、摩尔电导率及差热-热重分析,表明配合物组成为 (Dy_x,Tm_y)L₅(ClO₄)₃·3H₂O(x : y=1.000 : 0.000,0.995 : 0.005,0.990 : 0.010,0.950 : 0.050,0.900 : 0.100,0.800 : 0.200;L=C₆H₅COCH₂SOCH₂COC₆H₅)。并详细讨论了六种稀土配合物的荧光光谱。从配合物的荧光光谱图可以看出,Tm³⁺对Dy³⁺的荧光有增强效应。这可能 是因为在惰性稀土离子Tm³⁺与活性稀土离子Dy³⁺之间有能量的传递。而且当Dy³⁺与Tm³⁺的量比为0.950 : 0.050时,掺杂配合物表现出最佳的发光性质。另外,Tm³⁺对577.4 nm处⁴F_9/2→⁶H_13/2 峰的荧光敏化作用的程度高于对487 nm处⁴F_9/2→⁶H_15/2 峰的荧光敏化作用。⁴F_9/2→⁶H_15/2 峰的荧光强度增强了212％,而⁴F_9/2→⁶H_13/2峰的荧光强度增强了264％。所以,Dy³⁺离子的两个特征峰的发射强度比趋近于1,为1.078,使得配合物在紫外灯下发白色荧光。有可能成为一类发白色荧光的发光材料。     

PEI/CeF3 : Tb3+纳米晶体的简易合成及荧光特性

用水热法制备了PEI/CeF₃ : Tb³⁺纳米晶体,运用透射电子显微镜,X射线衍射,傅立叶变换近红外光谱,对样品进行了表征。结果表明:所得纳米晶体平均粒径为10 nm,呈比较规则的立方体形;纳米晶体表面包覆有PEI,因而具有较好的水溶性和潜在的生物应用价值。我们给出了该纳米晶体的荧光激发谱与发射谱,详细说明了各发光峰对应能级的跃迁及其发光机理,分析了不同掺杂浓度对其荧光强度的影响。结果表明:所制备的纳米晶体在紫外光激发下,显示出明亮的绿色荧光。当Tb³⁺离子掺杂摩尔分数20%左右时,样品的荧光强度达到最大值。     

Pr3+,Yb3+共掺YPO4下转换材料的制备及其转光效率

采用固相反应法制备了Pr³⁺,Yb³⁺共掺杂的YPO₄下转换发光粉体,并在450 nm光激发条件下,研究了Yb³⁺不同摩尔分数(0%,1%,2%,4%,20%,30%)对转光效率的影响。结果表明:不同Yb³⁺浓度的样品,其荧光峰强度不同,这可能是由于Pr³⁺-Yb³⁺之间Yb³⁺浓度不同存在能量传递效率差异的原因。研究也发现了样品的下转换发光,其能量传递过程为:Pr³⁺:³P₀→Yb³⁺:²F_5/2+²F_5/2。荧光光谱测试结果表明,Yb³⁺的最佳掺杂摩尔分数为2%。Pr³⁺,Yb³⁺共掺杂的YPO₄材料在提高太阳能电池光电转换效率方面具有潜在的应用。     

Er3+/Tm3+共掺碲酸盐玻璃光谱特性及能量传递

采用高温熔融法制备了两系列不同掺杂比的Er³⁺/Tm³⁺共掺的碲酸盐玻璃,测试了样品的吸收光谱和在980 nm LD激发下的发光光谱、上转换发光光谱及发光寿命。讨论了Er³⁺与Tm³⁺掺杂浓度对样品光谱性质的影响,Tm³⁺离子的掺入会减弱Er³⁺的1.53 μm发光强度,但通过共振能量传递可以获得Tm³⁺的1.8 μm发光,并随着Tm³⁺离子浓度的增加而增强。同时表明Tm³⁺离子的增加会减弱Er³⁺离子在528 nm和545 nm附近的上转换绿光强度,而上转换红光出现了先增强后减弱的现象。研究了Er³⁺/Tm³⁺共掺杂碲酸盐玻璃的能量传递机制与传递效率,分析了Tm³⁺/Er³⁺离子掺杂浓度比对上转换发光的影响。     

Pr3+ 掺杂透明氟氧化物玻璃陶瓷的光谱特性

用不同的激发波长532,514.5,476.5 nm,研究稀土Pr³⁺ 掺杂的透明氟氧化物玻璃陶瓷中Pr³⁺ 在LaF₃ 微晶环境和玻璃环境中的不同的荧光行为。对于微晶中的Pr³⁺ 离子,当用532 nm 和514.5 nm激发玻璃陶瓷时,观察到从³P₀ 能级到³H₅ 能级的发射,和¹D₂ 能级到基态³H₄能级,³P₀ 能级到³H₆ 能级的发射。我们认为微晶中Pr³⁺ 离子的³P₀ 能级上的电子布局是依靠电声子耦合-多声子辅助来实现的。为了进行比较,用476.5 nm 共振激发玻璃及微晶中Pr³⁺ 离子的³P₀ 能级,观察到³P₀ 能级到很多低能级如:³H₅、 ³H₆、³F₂的跃迁。而当在532 nm 和514.5 nm 非选择激发时,只有 ³P₀ 能级到³H₅ 能级的发射存在。我们认为这是由于不同的激光波长选择激发了不同环境中的Pr³⁺ 离子,532 nm 和514.5 nm 激发线选择激发了电声子耦合环境强中Pr³⁺ 离子。不同Pr³⁺ 离子掺杂摩尔分数分别为0.005%,0.05%,0.5%的发射光谱的研究还表明,这些电声子耦合环境强中的Pr³⁺ 离子浓度很高,很容易发生浓度猝灭现象。最后,用拉曼光谱研究了这类玻璃陶瓷的结晶性为和振动特性。     

Eu2+掺杂CaSi2O2N2荧光粉发光性能

采用固相反应法合成了组成为Ca_1-xEu_xSi₂O₂N₂的Eu²⁺掺杂CaSi₂O₂N₂荧光粉.通过荧光光谱对样品的发光性能进行了研究,发现Eu²⁺掺杂CaSi₂O₂N₂荧光粉发射光谱为宽波段的单峰结构,主要包含绿光和黄光区,发射峰在556~568 nm.从发射光谱的宽带特征来看,CaSi₂O₂N₂:Eu²⁺的发射主要对应着Eu²⁺离子4f⁶5d→4f⁷跃迁.从激发光谱所覆盖的范围还可以看到,样品可以有效的被UV蓝-光激发,这意味着该类荧光粉在白光LED方面有可能得到广泛的应用.另外,样品的发光性能与激发离子的浓度有着很大关系.激发离子浓度增大时,发射光谱会发生明显红移.利用这一性质,可以通过改变Eu²⁺浓度来调节荧光粉的发光范围,从而满足不同场合的需要.同时,Eu²⁺浓度提高,样品发射光谱的强度也会随之增强,在x=0.06时发射强度达到最大值,之后继续增加Eu²⁺浓度,强度不仅没有增加反而降低,即出现浓度猝灭现象.     

AlF3-YbF3∶Er3+上转换荧光粉的制备与表征

采用高温固相法制备了AlF₃-YbF₃∶Er3+上转换荧光粉,分析了Er3+掺杂浓度对其发光强度的影响。通过X-ray diffraction (XRD)对样品物相分析。利用荧光发射光谱研究了该荧光粉的上转换发光性能,进而提出其上转换能量传递机理,研究结果表明：在980 nm半导体激光器激发下,以AlF₃-YbF₃为基质,当Er3+的掺杂浓度为0.7 mol％时,该荧光粉的红光发射强度最强;通过上转换发光强度与泵浦电流关系曲线的拟合,表明AlF₃-YbF₃∶Er3+上转换荧光粉的红光上转换过程为双光子过程。     

Tb3+掺杂硅酸盐闪烁玻璃发光特性

对Tb³⁺掺杂的硅酸盐闪烁玻璃进行了研究。对玻璃基质、敏化剂、发光激活剂组分进行了优化,改进了熔制温度、保温时间、气氛等工艺条件。根据氟化物具有较好的稀土可溶性,具有相对较低的声子能量,调整了闪烁玻璃中的氟化物含量。讨论了Tb³⁺离子和Gd³⁺,Dy³⁺离子对闪烁玻璃发光性能的影响。闪烁玻璃样品的激发和发射光谱、光衰减时间谱等结果显示:闪烁玻璃基质中由Gd³⁺和Dy³⁺离子向发光中心Tb³⁺离子的无辐射能量共振转移以及在一定浓度范围内Tb³⁺离子之间的交叉弛豫过程对玻璃的发光性能有重要影响。Tb³⁺离子在一定浓度范围内具有自敏化效应,随着Tb³⁺离子浓度的增加,绿色荧光得到增强,蓝紫色荧光减弱,Tb³⁺掺杂硅酸盐闪烁玻璃的发光性能有明显的提高。     

Y3+和Gd3+对LaBO3:Eu3+发光粉结构和发光性能的影响

采用溶胶凝胶-燃烧法合成了系列不同掺杂浓度Y³⁺和Gd³⁺的LaBO₃∶Eu³⁺发光粉,对其结构、形貌和发光性能进行了表征。XRD研究结果表明：发光粉的结构与基质掺杂离子的种类和掺杂浓度有关系。荧光光谱结果表明：适量比例Y³⁺和Gd³⁺离子掺杂将提高LaBO₃∶Eu³⁺发光粉的发光强度。Y³⁺和Gd³⁺离子最佳掺杂摩尔分数分别为1.5%和12.5%。⁵D₀→⁷F₂与⁵D₀→⁷F₁跃迁发射的相对强度比值说明：掺杂改变LaBO₃∶Eu³⁺中Eu³⁺局域环境的对称性。发光性能改变主要受晶体结构、掺杂离子电负性影响。Gd³⁺离子掺杂更有利于发光粉结构稳定性和发光性能的改善。     

水热法合成纳米晶NaYF4 : Er3+,Tm3+,Yb3+ 的上转换发光特性

以EDTA为络合剂,用水热法合成了Er³⁺,Tm³⁺和Yb³⁺共掺杂的NaYF₄纳米晶。XRD和TEM的结果表明:粒径约为30 nm,属于六方晶系。在980 nm半导体激光器激发下,研究了不同Er³⁺离子掺杂浓度对Tm³⁺和Er³⁺离子上转换发光性能的影响,光强与泵浦功率的双对数曲线表明,474,525,539,650 nm的发射均属于双光子过程,408 nm的发射属于三光子过程。讨论了样品的协作敏化和声子辅助共振能量传递的上转换发光机制。     

YAB晶体中Yb3+到Er3+的能量传递

1.55 μm波段是光通讯的一个重要波段,而且对人眼安全,有高的大气透过率,因此可以广泛应用于通讯和遥感测距等领域。由于Er³⁺离子对商品化的InGaAs激光二极管的抽运波长不能有效吸收,因此一般通过在基质中共掺杂Yb³⁺和Er³⁺离子来获得1.55 μm波段激光输出。采用助熔剂法生长了不同Yb³⁺和Er³⁺掺杂浓度的YAl₃(BO₃)₄(YAB)晶体。运用速率方程模型研究了晶体中Yb³⁺到Er³⁺能量传递过程,得到了根据Yb³⁺离子的荧光寿命计算能量传递系数的简单计算公式。计算了不同掺杂离子浓度的YAB晶体中的能量传递系数等相关参数。结果表明,在YAB晶体中,Yb³⁺到Er³⁺能量传递非常有效,YAB晶体可以作为一种能获得1.55 μm激光输出的良好介质材料。