稀土离子的上转换发光及研究进展

稀土离子的上转换发光由于其在短波长激光器方面的潜在应用而受到了广泛的重视，本文总结了稀土离子中常见的几种不同的发光机制，分析了几种常见稀土离子在不同的泵浦方式下的发光方式，讨论了稀土离子上转换发光对基质成分的依赖性及其研究进展，并对稀土离子上转换发光的研究及应用进行了展望。     

稀土离子的上转换敏化发光

选择合适的稀土离子敏化是提高上转换发光效率的最有效途径之一。本文总结了在玻璃中常见的稀土元素敏化离子对在不同泵浦方式下的发光方式,并讨论了稀土离子间的敏化发光的研究前景。     

稀土离子的上转换敏化发光

选择合适的稀土离子敏化是提高上转换发光效率的最有效途径之一。本文总结了在玻璃中常见的稀土元素敏化离子对在不同泵浦方式下的发光方式,并讨论了稀土离子间的敏化发光的研究前景。     

稀土掺杂材料的上转换发光

稀土掺杂材料的上转换发光是实现光波频率转换的重要途径,也是稀土掺杂发光材料研究的重要内容。本文从介绍与上转换相关的基本概念出发,阐述了稀土离子上转换发光的发展历史;对稀土离子掺杂材料的能量传递、激发态吸收、合作敏化、合作发光、双光子吸收激发及光子吸收雪崩等上转换发光机制进行了概述,并对各机制进行了比较;对不同稀土离子掺杂体系中上转换发光的机制进行了总结;对以往研究的稀土掺杂上转换发光材料的基质,包括粉体材料、晶体材料、非晶材料进行了概括;最后对影响稀土离子上转换发光效率的因素进行了分析,提出了在上转换发光材料的设计中应重点考虑基质对泵浦光及上转换发射光的吸收、基质材料的声子能量、稀土离子的掺杂方案及泵浦途径等因素。     

用转移函数方法研究铒离子上转换发光与抽运功率的关系

用转移函数方法分析了铒离子上转换发光与抽运功率的关系.对单掺铒离子的发光材料,对比分析了铒离子为高浓度和低浓度掺杂时上转换发光强度与抽运功率的关系.对稀土离子共掺杂系统,分析了Er3+在铒镱共掺杂的氟氧化物玻璃陶瓷中的上转换发光过程,认为Er3+绿色辐射的上转换发光强度与抽运激光功率的非平方关系是由于Er3+和Yb3+之间的强交叉弛豫过程引起的.讨论了在稀土离子共掺杂的氟氧化物玻璃陶瓷中提高Er3+的上转换发光强度的几种方法. 关键词： 转移函数方法 上转换发光 氟氧化物玻璃陶瓷     

非稀土掺杂协同核壳包裹对氟化物纳米晶上转换发光性能的增强

为提高上转换纳米晶的发光效率,提出协同增强的策略,将核壳包裹和非稀土离子掺杂两种方式进行有效的结合,使上转换纳米晶的发光效率实现"1+12"的增强效果。以Na Gd F_4作为基质材料,Yb~(3+)和Er~(3+)分别作为敏化离子和发光离子,以Li~+离子和Na Gd F_4作为非稀土掺杂离子和包裹壳层来构建核/壳纳米结构,研究两种增强方式的协同作用对Na Gd F4∶Yb~(3+)/Er~(3+)纳米晶的上转换发光性能的影响。结果表明,Li+离子掺杂与包裹Na Gd F4壳层共同作用使得β-Na Gd F4∶Yb~(3+)/Er~(3+)纳米晶的上转换发光增强了39倍,明显优于单一方式的增强效果。通过一系列的优化实验结果发现,Li+离子的最佳掺杂摩尔分数为4%。基于以上实验结果,给出了非稀土离子掺杂核壳纳米晶协同增强上转换发光效率的机理。     

稀土离子在KMnF3纳米晶复合玻璃中的微观分布机理

具有单(纯)色上转换荧光发射特性的发光材料,有望在三维显示、照明、生物成像、促进植物生长以及提高太阳能电池光电转换效率等领域得到应用,受到研究人员的广泛关注.本研究通过玻璃热处理析晶的方法,在稀土离子Yb³⁺/Er³⁺共掺的氟硅酸盐玻璃中原位生长出了钙钛矿型的KMn F₃氟化物纳米晶体,并观测到了显著增强的高单色性上转换红色发光.采用具有高分辨率的透射电子显微测试分析技术和第一性原理计算相结合,研究了稀土离子在KMn F₃纳米晶复合微晶玻璃中的掺杂机制,并讨论了稀土离子微观分布和能量传递效应对其上转换发光性能的影响.实验结果表明:稀土离子将通过优先取代KMn F₃晶体中K~+格位的方式选择性富集在具有低声子能量的氟化物纳米晶体中,并由此获得显著增强的上转换发光强度.     

钕敏化多层壳纳米结构的增强型染料敏化上转换发光

对于稀土离子掺杂的上转换发光,由于稀土离子吸收截面小、吸收范围窄,导致其发光强度受限.最近,在稀土上转换纳米粒子的表面连接近红外染料分子敏化发光,被证实是提高上转换发光强度的有效策略.然而,将染料分子连接经典的稀土Yb掺杂纳米粒子,并不能有效利用染料分子的敏化能力.针对这一问题,本文通过高温热分解法成功制备了Nd3+敏...     

利用核壳结构实现纳米颗粒的多色上转换发光

将多色荧光标记技术应用于生物信息检测可实现快速、实时、同步大规模检测目标生物分子的目的,利用上转换纳米粒子作为多色荧光探针可有效地避免生物组织自荧光对检测信号的影响。本文制备了具有核-壳结构的稀土氟化物纳米粒子,并通过在核与壳不同位置共掺杂不同浓度的敏化离子和发光离子来改变发光离子各发射峰之间的相对强度。利用不同颜色和强度的发射光谱实现了纳米粒子的多色上转换发光。利用透射电子显微镜成像、X射线衍射分析、发光光谱等测量手段对多色上转换发光纳米粒子进行了形貌、结构和上转换发光性质的表征。实验结果表明,具有核-壳结构的纳米粒子尺寸小于30 nm,呈球形。在980 nm红外光激发下,纳米粒子呈现从红色到蓝紫色的颜色可变的上转换发光。     

Yb3+,Er3+双掺上转换玻璃陶瓷

制备了以PbF₂+GeO₂+WO₃SiO₂+NaF为基质组分的Yb³⁺,Er³⁺双掺稀土离子上转换发光玻璃陶瓷。采用日本产Hitachi F-4500荧光光度计,激发波长为980nm,观测到样品在550nm处出现较强的上转换发光峰,在528nm处有一个次发光峰,在650nm处有一个相对较弱的发光峰,讨论了发射光谱的特征,建立上转换发光机制,并讨论了上转换发光特征,以及基质成分、制备工艺参数、稀土离子浓度对发光性能的影响。实验中发现c(Yb³⁺):c(Er³⁺)为5:1时,上转换玻璃陶瓷的熔融温度为950℃、退火温度为380℃时,其上转换发光效率最高。     

掺Er~(3 )氟氧化物玻璃陶瓷的直接上转换敏化发光

研究了ErYb共掺的氟氧化物玻璃陶瓷的直接上转换敏化发光现象 ,发现其上转换机理主要是Er3 与Yb3 离子间的能量传递上转换而不是Er3 离子的步进多光子吸收 .研究发现由于稀土离子优先富集到PbxCd1-xF2 微晶中 ,形成数个稀土离子组成的耦合团 ,使其存在强烈的团簇效应 ,一方面导致了上转换荧光非常强 ,另一方面也导致了上转换荧光随抽运激光功率的对数变化F P曲线存在逐渐弯曲的“典型”饱和现象 .还发现在ErYb共掺的氟氧化物玻璃陶瓷中 ,两个处在激发态的Yb3 离子形成了团簇的耦合态2 F25/ 2 F5/ 2 (Yb3 Yb3 ) ,它在 96 6nm激光产生的一种全新的上转换合作辐射荧光     

CaF2:Yb3+/Mn2+体系中Mn2+的上转换发光

稀土离子的上转换发光通常具有发射带宽窄及峰位难以调节等问题。为了获得近红外光激发下的宽带上转换发光,我们对Yb~(3+)-Mn~(2+)共掺杂CaF_2材料的上转换发光性质进行了研究。将稀土离子Yb~(3+)及过渡族金属离子Mn~(2+)掺入到CaF_2材料中作为发光中心,利用高温固相反应法制备了Yb~(3+)单独掺杂及不同浓度Yb~(3+)及Mn~(2+)离子共掺杂的CaF_2体相材料。在980 nm近红外光激发下对不同样品的上转换发光进行了比较研究。实验结果表明,与单独掺杂Yb~(3+)离子的材料相比,CaF_2∶Yb~(3+)/Mn~(2+)材料在980 nm激光激发下出现了一个位于620nm附近的宽带发光,我们认为这个发光来自于Yb~(3+)团簇向Mn~(2+)离子的合作敏化,对应于Mn~(2+)离子的~4T_1→~6A_1跃迁。因此,CaF_2体系中存在Yb~(3+)离子二聚体向Mn~(2+)离子的合作能量传递过程。     

Er3+/Yb3+/Tm3+共掺杂氟化物中红色上转换发光研究

氧化铒的质量增加到原来的10倍左右时发现两种配方的发光性质有明显不同。根据情况作研究了Er^3 ／Tm^3,Er^3 ／Er^3-和Er^3 ／Yb^3 /Tm^3 发光系统在980nm抽运下的荧光光谱和上转换发光的性质,以及在声子能量较低的氟化物中,3个发光系统建立的优先性和Er^3 离子浓度的关系。根据实验发现当Er^3 离子浓度由小逐渐变大时,绿光和红光的强弱比例也有明显的变化。其中作认为起决定性作用的是Er^3 离子浓度。因为在均匀体系中每个稀土离子的和另一个稀土离子的结合形成发光系统的机会是平等的,组成发光系统的稀土离子间的距离变化,即其中一种起决定作用的离子浓度变化时,那么它所组成的发光系统也就相应发生变化(稀土离子的优先结合性也会在此得到体现),从而发出的主色的光也就跟着变化。     

掺Er3+氟氧化物玻璃陶瓷的直接上转换敏化发光

研究了ErYb共掺的氟氧化物玻璃陶瓷的直接上转换敏化发光现象,发现其上转换机理主要是 Er³⁺与Yb³⁺离子间的能量传递上转换而不是Er³⁺离子 的步进多光子吸收.研究发现由于稀土离子优先富集到Pb_xCd_1-xF2微晶中,形成数个稀土离子组成的耦合团,使其存在强烈的团簇效应,一方面导 致了上转换荧光非常强,另一方面也导致了上转换荧光随抽运激光功率的对数变化F-P曲线 存在逐 关键词： 直接上转换敏化 氟氧化物玻璃陶瓷 上转换合作辐射荧光     

掺杂稀土钒酸钇RE:YVO4晶体荧光光谱性质的研究

采用Czochralski方法生长了透明均匀的含Tm3 ,Er3 ,Yb3 稀土离子的YVO4晶体 ,室温下测量了各晶体试样在 32 6和 6 5 8nm泵浦光激发下的荧光光谱 ,分析了不同掺杂浓度和稀土离子的各晶体试样中的荧光光谱性质 ,并讨论了不同掺杂情况下对上转换发光的影响和激活离子之间的相互敏化作用     

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.     

掺Er3+卤碲酸盐玻璃上转换能级寿命和发光性能研究

对不同激发条件下Er3+离子在卤碲酸盐玻璃中的上转换能级寿命进行了测试.上转换激发时，由于Er3+离子间以及Er3+不同能级间能量转移的影响，使得其寿命远大于直接激发条件下的值.比较了碲酸盐玻璃和卤碲酸盐玻璃中Er3+离子的上转换发光 强度，卤化物离子引入后引起发光强度的明显增加.探讨了Er3+离子在卤碲酸盐玻璃 中的发光机制及上转换发光强度对抽运功率的依赖性. 关键词： 卤氧玻璃 上转换发光 激发条件     

掺Yb3+双包层光纤激光器中频率上转换产生可见光的实验研究

报道了激光二极管阵列泵浦的双包层掺Yb3+光纤激光器中频率上转换产生可见光的现象,对可见光区的光谱进行了测量,发现该上转换过程包括倍频效应和稀土离子间的合作发光效应,并对频率上转换的通道进行了分析.     

正交激发发射上转换纳米材料的设计、制备与应用

稀土掺杂的上转换发光纳米材料在信息安全、生物医学、光纤通信、显示和能源等众多领域有着巨大的应用潜力,受到了相关各领域研究人员的广泛关注。特别是近年来发展起来的具有正交激发发射特性的上转换发光纳米颗粒,其可在不同的激发条件下产生动态变化的光色输出,因而具备一系列新的特性与功能,大大地扩展了应用范围。本文综述稀土离子正交上转换发光的发展历程,系统论述了基于核壳结构的正交激发发射体系的设计原理和构建方法,介绍了其在信息存储、安全防伪、显示、传感、生物成像及治疗等领域的最新研究进展,并探讨了未来相关研究中可能面临的机遇和挑战。     

稀土纳米晶的上转换发光调控研究进展EI北大核心CSCD

近年来,将近红外光转换为短波长的可见或近红外光的稀土纳米晶上转换发光研究吸引了生物成像、纳米温度传感、太阳能电池等领域研究者的广泛关注。面向多领域的应用需求,稀土纳米晶上转换发光需提高其发光强度、发光波长以及激发波长的选择性。本文综述了纳米尺度上,通过组成、结构以及核壳结构的设计,在理解上转换发光过程的能量传递路径和上转换发光过程的基础上,提高对上转换发光的颜色、各跃迁的比例以及发光强度、发光寿命等调控的研究进展。此外,还关注了纳米晶与贵金属表面电场、表面有机分子以及环境温度的耦合在提高辐射跃迁几率、减少无辐射能量损失等方面提高其上转换发光强度的研究发展趋势。