光谱学方法研究Tm~(3+)离子的上转换发光影响因素

应用激光光谱学的研究手段和方法,探讨了红色激光抽运Tm3+离子掺杂纳米体系中上转换荧光辐射性质的影响因素.通过变化基质和改变样品的环境温度,研究了声子能量大小对Tm3+离子掺杂纳米体系中上转换效率的影响.结果显示:合适声子能量可以有效提高Tm3+离子蓝色上转换效率.此外,依据声子能量与温度之间的联系,改变样品环境温度可调节低声子基质材料中Tm3+离子激发态能级的布居速率,改变上转换效率.     

调控声子提高Tm3+掺杂体系的频率上转换荧光

应用激光光谱学技术,探讨了Tm³⁺离子掺杂透明氟氧化物玻璃陶瓷体系中声子调控对红色激光抽运荧光辐射性质的影响. 研究了基质结构和样品环境温度与电声子相互作用的联系以及声子变化对于荧光辐射产生的影响. 发现改变基质材料的SiO₂含量能影响蓝色上转换荧光效率. 另外,依据温度与声子能量之间的联系,通过改变样品环境温度可明显调节低声子基质材料中掺杂离子激发态能级的布居速率,改变上转换效率. 关键词： 荧光辐射 声子 无辐射弛豫 荧光寿命     

玻璃陶瓷材料中Tm3+离子红外到蓝色上转换发光

系统研究了PbF2+GeO2+WO3ⅩⅣTmF3玻璃陶瓷材料中,在近红外光(1.06μm)激发下,Tm3+离子的发光特性.实验中观测到Tm3+离子的两组峰值位置分别在20920cm-1和22173cm-1的蓝色上转换发光,并证实这两组上转换发光分别与吸收三个和四个光子有关,同时建立了上转换发光的模型.为了选择最佳掺杂浓度,详细地测量了Tm3+离子峰值为20920cm-1的蓝色上转换发光强度与TmF3浓度的关系.     

Yb3+/Er3+共掺锗碲酸盐玻璃上转换发光增强机理的研究

玻璃的最大声子能量决定稀土离子的上转换发光强度，但本研究发现：Yb³⁺/Er ³⁺共掺锗碲酸盐玻璃在980nm LD抽运下，上转换荧光强度随着Bi₂O ₃对PbO的取代和碱 金属离子半径的增大而明显增强.而Raman光谱显示基质玻璃的最大声子能量并不随Bi ₂O₃对PbO的取代和碱金属离子半径的增大而变化，但玻璃的最大声子密 度随着Bi₂O₃对PbO 取代和碱金属离子半径的增大而降低.从玻璃无辐射跃迁概率的角度，通过分析表明，最大 声子密度的降低是玻璃上转换发光强度增强的主要原因.     

Yb3+/Er3+共掺锗碲酸盐玻璃上转换发光增强机理的研究

玻璃的最大声子能量决定稀土离子的上转换发光强度，但本研究发现：Yb^3 ／Er^3 共掺锗碲酸盐玻璃在980nm LD抽运下，上转换荧光强度随着Bi2O3对PbO的取代和碱金属离子半径的增大而明显增强．而Raman光谱显示基质玻璃的最大声子能量并不随Bi2O3对PbO的取代和碱金属离子半径的增大而变化，但玻璃的最大声子密度随着Bi2O3对PbO取代和碱金属离子半径的增大而降低．从玻璃无辐射跃迁概率的角度，通过分析表明，最大声子密度的降低是玻璃上转换发光强度增强的主要原因．     

卤化铅调整Tm3+/Yb3+共掺碲酸盐玻璃上转换发光研究

研究了卤化铅调整Tm3+/Yb3+共掺碲酸盐玻璃的热稳定性能、Raman光谱和上转换发光光谱,分析了Tm3+/Yb3+共掺氧卤碲酸盐玻璃的上转换发光机理.结果发现:混合卤化铅调整Tm3+/Yb3+共掺碲酸盐玻璃具有好的热稳定性能、低的声子能量、强的上转换蓝光.这表明混合卤化铅调整Tm3+/Yb3+共掺碲酸盐玻璃是一种上转换蓝光激光器的潜在基质材料.     

ZBLAN玻璃中Nd3+,Tm3+,Yb3+的上转换发光特性

采用高温固相法制备了Nd,Tm和Yb掺杂的ZBLAN玻璃上转换材料.Tm3+,Yb3+的摩尔浓度分别固定为0.01%,0.3%,Nd3+摩尔浓度变化范围为0.1%～2%.在室温下,测试了样品在300～1 000nm间的吸收光谱.在798 nm近红外光激发下,测试了样品的上转换光谱.实验发现,样品在798 nm红外光激发下发出了较强的多波段(红,蓝和绿)的可见光.由上转换可见光各波段的发射谱线,给出了能级跃迁机制.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Nd3+的2H7/2到基态4I9/2的跃迁,红光来源于Nd3+的2H11/2到基态4i9/2的跃迁.研究发现,在Nd3+,Tm3+,Yb3+:ZBLAN玻璃样品中存在激发态吸收,能最转移和交叉弛豫等上转换过程.其发光机理是Nd3+,TM3+和Yb3+离子之间的能量转移.根据Nd3+摩尔浓度不同其上转换发光强度不同,分析了掺入稀土的浓度对上转换发光效率的影响.当Nd3+浓度为1.5%(摩尔分数)时上转换发光最强,大于1.5%后发光开始减弱.     

Tm3+/Yb3+共掺氧卤碲酸盐玻璃上转换发光研究

研究了Tm3+/Yb3+共掺氧卤碲酸盐玻璃的上转换发光光谱,分析了TmO3量对Tm3+/Yb3+共掺氧卤碲酸盐玻璃上转换发光的影响机理.结果表明:在Tm3+/Yb3+共掺氧卤碲酸盐玻璃的上转换发光中,Tm3+存在较强的浓度猝灭效应.随Tm2O3含量增加,Tm3+的上转换蓝光和红光强度先增加,后降低,在0.1 mol% Tm2O3达到最大.该结果有助于进一步提高Tm3+的上转换发光效率.     

Nd3+:LaCl3中的上转换发光研究

当用582.6nm的黄色激激发Nd^3+:LaCl的^2G7/2+^4G5/2能级时,观察到了^4D3/2和^2G9/2能级的兰光和紫外发射。研究表明,^2D3/2上转换的机理是能量传递和激发态吸收而^2G9/2则是由于^4G5/2+^G5/2→^2G9/2+^F7/2交叉驰豫过程。通过对12K下^4D3/2→^4I11/2荧光衰减曲线的分析, 得到 能量传递几率为wt1=1468s^-1。测量和讨论了Nd^3+:LaCl3和NdCl3主要发光能级室温和12K下的寿命。     

改变激发环境调控Ho3+离子的上转换发光特性

稀土掺杂上转换发光材料的发光特性不仅依赖于基质材料本身,而且与其激发条件密切相关.本文主要是以Ho^3+离子为研究对象,在NaYF4和LiYF4这两种不同的基质中,研究其在不同激发条件下的上转换发光特性.通过共聚焦显微光谱测试系统,对比Ho^3+离子在NaYF4和LiYF4微米晶体中的发光特性.实验结果发现:Ho^3+离子在这两种不同基质中均展现出较强的荧光发射.然而,当激发功率增加时,在单颗粒个LiYF4微米晶体中,当激发功率增加时,Ho^3+离子则发射出较强绿光及微弱的红光,红绿比变化并不明显,其蓝光发射强度也相对较弱.当激发这两种微米粉末晶体时,结果发现:Ho^3+离子均发射较强的绿光发射并伴有微弱红光发射,两种晶体中的发射特性极其相似.由此可见,在常规测试条件下,一些特殊发光现象是很难被观测到的.同时,通过对其光谱特性的分析,对Ho^3+离子的发光机理进行了研究.     

Tm~(3+)掺杂MFT玻璃材料上转换荧光浓度猝灭的研究

我们制备了Tm3 +掺杂的不同浓度的MFT玻璃材料 ,在 6 5 0nm激发下观察了Tm3+掺杂的MFT玻璃材料的两个蓝色上转换发光 ,研究了上转换发光的浓度猝灭。实验结果证明这种材料的蓝色上转换荧光的猝灭浓度达到 0 6mol· % ,比其他材料中报道的猝灭浓度高 3倍。研究了Tm3 +离子间的交叉弛豫行为 ,详细讨论了引起浓度猝灭的原因     

Er3+掺杂钇稳定氧化锆的上转换发光

将共沉淀法制备的前驱体于1 200℃煅烧3h得到不同浓度稀土铒离子掺杂的钇稳定氧化锆基上转换粉体Zr0.92-xY0.08O1.96-0.5x∶xEr3+。用X射线衍射仪和荧光光谱仪分别测试样品的物相结构和上转换荧光光谱,探讨了样品可能的上转换机理。结果表明:样品中加入8mol%的Y3+可获得结晶性良好、单一稳定的立方型氧化锆固溶体,同时由于加入的三价钇离子和四价锆离子半径大小与价态的差异造成c-ZrO2对称性的降低并形成氧缺陷,这有利于样品的上转换发光性能的稳定和提高,扩大其实际应用。在980nm红外光激发下,样品发出539nm(2 H11/2→4 I15/2),552nm(4 S3/2→4 I15/2)左右的绿光和656nm,680nm(4 F9/2→4 I15/2)左右的红光。Er3+掺杂浓度较低(0.1mol%)时,样品的发光是以激发态吸收作用产生的绿光为主;随着Er3+掺杂浓度的增加,产生2 H11/2+4 I15/2→4 I9/2+4 I13/2,4 F7/2+4 I11/2→2 4 F9/2和4 I15/2+4 I9/2→24 I13/2的交叉弛豫作用,使得样品的绿光减弱,红光明显增强;Er3+掺杂浓度较高(9mol%)时,样品发光以红光为主,绿光微弱,交叉弛豫作用居于主导地位。     

YLiF4: Er3+, Tm3+, Yb3+中Tm3+浓度对上转换发光的影响

利用水热法合成了YLiF4: Er3 , Tm3 , Yb3 , 其中Er3 和Yb3 的浓度保持固定不变, 分别为1 mol%和1.5 mol%, Tm3 浓度变化范围是2 mol%～8 mol%. 在这种共掺杂体系中, 同时观察到了Er3 , Tm3 和Yb3 的吸收, 且Tm3 的吸收随着其浓度的增强而增强. 在980 nm光的激发下, 当Tm3 浓度很小时, 这种材料的上转换发光为白光. 其中蓝光主要来源于Tm3 的激发态1G4到基态3H6的跃迁, 绿光来源于Er3 的4S3/2和2H11/2到基态4I15/2的跃迁, 红光既来源于Tm3 的1G4→3F4的跃迁, 也来源于Er3 的4F9/2→4I15/2的跃迁. 并且这种上转换发光强度随着Tm3 浓度的增强而降低, 但对应不同能级跃迁的发光强度降低的幅度不同, 这是因为Er3 和Tm3 之间的相互作用.     

LaF3:Yb3+/Tm3+纳米棒的制备与上转换发光

在乙醇-油酸混合体系中,以溶剂热方法成功制备了Yb3+/Tm3+离子双掺杂的LaF3发光纳米棒。XRD表征结果表明所合成的材料为LaF3:Yb3+/Tm3+(JCPDS卡号:72-1435),SEM扫描结果表明LaF3纳米棒的尺寸大约为0.1μm,室温下以980nm红外半导体激光器激发,纳米晶在可见光区(700nm)和近红外区(804nm)有较强上转换发光。通过发光机理的讨论,本文中纳米晶强的近红外和红色上转换发光分别是双光子及三光子反斯托克斯(Anti-stokes)发光。     

氟氧化物玻璃陶瓷中高效低阈值的红色上转换发光现象

本文报道了一种Er3 + 和Tm3 + 共掺杂新的氟氧化物玻璃陶瓷材料中高效低阈值的红色上转换发光现象。材料组份为 6 5GeO2 2 5NaF 8 5BaF 0 5Tm2 O3 1Er2 O3 (mol% ) ,文中给出了样品的制备方法。在 978nmLD激发下 ,观察到了非常强的红色上转换发光。据我们所知 ,在如此低的Er3 + 和Tm3 + 掺杂浓度下实现了如此之强的红色上转换发光 ,文献中未见报道 ;更令人惊奇的是在 2 0 0mA工作电流 (此时功率为 3 5mW )LD激发下 ,激发的功率密度为 170mW·cm-2 ,其红色光仍裸眼可见。讨论了这种高效低阈值上转换发光的机理。研究了LD的工作电流与上转换发光强度的关系     

Tm3+离子在钨酸锌单晶中的光谱特征

采用丘克拉斯基法生长出一系列ZnWO4:Tm3 单晶 ,Tm3 浓度x =0 1 ,0 3,0 5 ,0 7和 1 0mol%。用 80 7nmLD激发 ,观察到 4 86和 6 95nm的上转换发光 ,分别相应于 1 G4→ 3 H6和3 F3 → 3 H6的跃迁 ,发光强度与泵浦光功率成双对数关系 ,其指数分别为 0 8和 1 1次方关系。     

氟化锆基质材料中单掺Yb3+的上转换特性

在众多的稀土掺杂氧化物、氟化物或氟氧化物基质材料的能量上转换研究当中,Yb^3 单独掺杂的能量上转换研究在国内报道的很少。这是因为,研究者们普遍都认为Yb^3 只是一种良好的敏化剂,主要起能量转移作用。采用固相合成法,稀土Yb单独掺杂ZrF4基质材料,在1200℃烧结合成了粉末样品。样品用功率为几mW的半导体红外激光980nm激发,肉眼就可看到上转换的明亮的红光。在实验室用功率为几十mW的半导体红外激光980nm激发,用光谱仪测量到红、绿、蓝及紫4个波段的上转换荧光光谱,其波峰在412,478,558,671nm波长处,实验反复验证,认为上转换来自Yb^3 的准能级向Yb^3 基态^2F7／2的跃迁。     

Luminescence of Tm3+ Ions in Yttrium Oxide

The concentration and temperature dependences of the blue luminescence intensity of the Tm³⁺ ion in yttrium oxide under UV and IR excitation have been measured. We made a proposal that the main role in the formation of these dependences is played by the interionic cross relaxation of excited states of Tm³⁺; the presence of admixed secondary rareearth ions can strongly influence the shape of the temperature dependence of the antiStokes luminescence intensity, displacing the position of its maximum. It is shown that the quenching action of admixtures under Stokes and antiStokes excitation shows up differently because of the differences in the mechanisms of population of the luminescent level.