Tm3+/Yb3 :LiYF4单晶的高效近红外量子剪裁及其在光伏电池中的应用

采用改进的坩埚下降法成功地生长了Tm/Yb共掺氟化钇锂单晶. 该单晶体具有每吸收一个蓝色光子并能发射出2个1000 nm近红外光子的下转换发光效应. 测定了样品的激发光谱、发射光谱和荧光衰减曲线. 在465 nm蓝光激发下观察到由Yb³⁺：²F_5/2→²F_7/2能级跃迁所致的960～1050 nm 波段的发射带,此发光带源于Tm³ 对Yb³ 离子的能量下转换过程. 应用Inokuti-Hirayama模型,研究了晶体的能量转换过程,结果表明Tm³ 向Yb³ 的能量传递是一个电偶极子相互作用机制过程. 当Tm³ 与Yb³ 离子的掺杂浓度为0.49mol%与5.99mol%时,单晶的量子剪裁效率达到最大值167.5%.     

不同掺杂浓度Tm3+∶LiLuF4单晶的1800 nm荧光发射

采用坩埚下降法生长了Tm3+掺杂浓度为0.45％,0.90％,1.63％与3.25％(摩尔分数,x)的LiLuF4单晶.测试了样品的电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)、X射线衍射(XRD)谱、吸收光谱(1400-2000 nm),并且分析比较了808 nm半导体激光器(LD)激发下荧光光谱.结果表明:当Tm3+的浓度从0.45％变化到3.25％时,1800 nm处的荧光强度呈现了先增后减的趋势,当掺杂浓度约为0.90％时达到最大值,而位于1470 nm处的荧光强度则呈现了相反的趋势.Tm3+∶3F4能级的荧光衰减寿命随着掺杂浓度的增加不断减小.1800 nm处的这种荧光强度变化归结于Tm3+离子间的交叉驰豫效应(3H6,3H4→3F4,3F4)和自身的浓度猝灭效应.同时计算得到了浓度为0.90％的样品在1890 nm处的最大发射截面为0.392x 10-20 cm2.并且根据Judd-Ofelt理论所得寿命和测定的荧光寿命计算得到了3F→3H6的最大量子效率约为120％.     

不同掺杂浓度Tm3+：LiLuF4单晶的1800 nm荧光发射

采用坩埚下降法生长了Tm³⁺掺杂浓度为0.45%,0.90%,1.63%与3.25%（摩尔分数,x）的LiLuF₄单晶.测试了样品的电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）、X射线衍射（XRD）谱、吸收光谱（1400-2000 nm）,并且分析比较了808 nm半导体激光器（LD）激发下荧光光谱. 结果表明：当Tm³⁺的浓度从0.45%变化到3.25%时,1800 nm处的荧光强度呈现了先增后减的趋势,当掺杂浓度约为0.90%时达到最大值,而位于1470 nm处的荧光强度则呈现了相反的趋势. Tm³⁺：³F₄能级的荧光衰减寿命随着掺杂浓度的增加不断减小. 1800 nm处的这种荧光强度变化归结于Tm³⁺离子间的交叉驰豫效应（³H₆,³H₄→³F₄,³F₄）和自身的浓度猝灭效应. 同时计算得到了浓度为0.90%的样品在1890 nm处的最大发射截面为0.392×10^-20 cm². 并且根据Judd-Ofelt 理论所得寿命和测定的荧光寿命计算得到了³F₄→³H₆的最大量子效率约为120%.     

Optimum fluorescence emission around 1.8 μm for LiYF4 single crystals of various Tm3＋-doping concentrations

In this paper, optical spectra of LiYF4 single crystals doped with Tm3＋ ions of various concentrations are reported. The emission intensity at 1.8 ktm first increases with increasing Tm3＋ concentration, and reaches a maximum value when the concentration of Tm3＋ is about 1.28 mol%, then it decreases rapidly as the concentration of Tm3＋ further increases to 3.49 mol%. The emission lifetime at 1.8 p.m also shows a similar tendency to the emission intensity. The maximum lifetime of 1.8 μm is measured to be 17.68 ms for the sample doped with Tm3＋ of 1.28 mol%. The emission cross section of 3F4 level is calculated. The maximum reaches 3.76 × 10 -21 cm2 at 1909 nm. The cross relaxation （3H6, 3H4 →3 F4, 3F4） between Tm3＋ ions and the concentration quenching effect are mainly attributed to the change of emission with Tm3＋ concentration. The largest quantum efficiency between Tm3＋ ions is estimated to be ,-147% from the measured lifetime and calculated radiative lifetime. All the results suggest that the Tm3＋/LiYF4 single crystal may have potential applications in 2 μm mid-infrared lasers.     

不同掺杂浓度Tm3+：LiLuF4单晶的1800 nm荧光发射

采用坩埚下降法生长了Tm3+掺杂浓度为0.45%,0.90%,1.63%与3.25%(摩尔分数,x)的LiLuF4单晶.测试了样品的电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)、X射线衍射(XRD)谱、吸收光谱(1400-2000 nm),并且分析比较了808 nm半导体激光器(LD)激发下荧光光谱.结果表明:当Tm3+的浓度从0.45%变化到3.25%时,1800 nm处的荧光强度呈现了先增后减的趋势,当掺杂浓度约为0.90%时达到最大值,而位于1470 nm处的荧光强度则呈现了相反的趋势.Tm3+:3F4能级的荧光衰减寿命随着掺杂浓度的增加不断减小.1800 nm处的这种荧光强度变化归结于Tm3+离子间的交叉驰豫效应(3H6,3H4→3F4,3F4)和自身的浓度猝灭效应.同时计算得到了浓度为0.90%的样品在1890 nm处的最大发射截面为0.392×10-20cm2.并且根据Judd-Ofelt理论所得寿命和测定的荧光寿命计算得到了3F4→3H6的最大量子效率约为120%.