E u3+,D y3+共注入A lN薄膜结构和发光特性研究

采用离子注入方法在氢化物气相外延法生长的AlN薄膜中注入了不同剂量的Dy~(3+)和Eu~(3+),制备了Dy~(3+)单掺、Dy~(3+)和Eu~(3+)共掺的AlN样品.对于Dy~(3+)单掺杂AlN样品,X射线衍射和拉曼散射实验结果表明随着Dy注入剂量的增加,样品的压应力也增加,形成了比较明显的损伤层;但当注入剂量由5×1014at/cm~2增加至1×1015at/cm~2时,压应力增加不明显,接近于饱和.对于Dy~(3+)和Eu~(3+)共掺的AlN样品,阴极荧光实验表明,AlN中Eu~(3+)和Dy~(3+)之间可能存在能量传递,能量传递途径为在声子辅助下从Dy~(3+)的4F9/2→6H15/2至Eu~(3+)的7F0→5D2的共振能量传递.此外,计算发现改变Dy~(3+)和Eu~(3+)离子的注入剂量比能实现发光色度坐标和色温的有效调控.     

Eu掺杂GaN薄膜的阴极荧光特性

通过MOCVD方法在蓝宝石衬底上生长GaN薄膜,利用离子注入方法将Eu³⁺离子注入到GaN基质中。X射线衍射结果表明：经过退火处理后,修复了部分离子注入所导致的晶格损伤。利用阴极荧光光谱可得到GaN∶Eu³⁺材料在623 nm处有很强的红光发射,该发射峰来源于Eu³⁺离子的内部4f能级跃迁。另外,Eu³⁺离子注入会在样品中引入电荷转移态,产生408 nm附近的发光。退火处理有助于获得更强的电荷转移态发光和Eu离子特征发光。GaN基质的黄光峰与Eu离子之间存在能量交换,将能量传递给Eu离子,促进Eu离子发光。     

MPD掺杂的共聚合物薄膜的发光特性

研究了由噻吩乙烯发色团单元和惰性寡甲撑单元组成的交替嵌段合物与小分子量染料[2-methyl-6[(2,3,6,7-tetrahydro-1H,5H-benxo[ij]quinolixin-q-yl)ethenyl]-4H－pylidenes]－丙烷二腈（MPD）共混物薄膜的光致发光。这种共混物在645nm处产生增强的红光发射。发射增强的部分原因是来源于晶化共聚合物与染料之间有效的能量传递。     

不同激发波长下Ce~(3+)-Tb~(3+)-Sm~(3+)共掺白光玻璃的发光性能

本文采用高温熔融技术制备了Ce3+-Tb3+-Sm3+三种离子共掺杂的硼硅酸盐透明玻璃.测试了紫外LED激发下Ce3+离子、Tb3+离子及Sm3+离子单掺与共掺样品的激发光谱及荧光光谱,通过对单掺及共掺样品荧光寿命的测试研究了Ce3+离子、Tb3+离子及Sm3+离子在玻璃基质中的能量传递机理.通过调整紫外LED灯的激发波长调整发光样品所发射光谱的色度坐标、显色指数及色温,得到适合人类生活、学习、工作的白光发光.     

Eu3+,Tm3+共掺GaN薄膜的发光特性和能量传递机制

采用离子注入的方法制备了Eu³⁺,Tm³⁺离子共掺杂GaN薄膜。通过温度依赖光致发光光谱研究了GaN:Eu³⁺薄膜中Eu³⁺的发光特性,发现了三类具有不同温度依赖特性的Eu³⁺发射峰。利用阴极荧光光谱探究了GaN:Eu³⁺,Tm³⁺薄膜的光谱性质,发现随着Tm³⁺剂量的增加,Eu³⁺发射强度以及Tm³⁺的I₄₈₀/I₈₀₆强度比值均发生降低,分析表明存在Eu³⁺→Tm³⁺离子的能量传递,并通过计算分析证明其能量传递机制主要为电偶极子-电偶极子相互作用。通过改变Eu³⁺、Tm³⁺离子在GaN薄膜中的剂量比例,实现了材料发光颜色的有效调控。     

磁控溅射制备Er~(3+)/Yb~(3+)共掺杂TiO_2薄膜的上转换发光特性

采用射频磁控溅射法制备得到Er~(3+)/Yb~(3+)TiO_2薄膜,980 nm的抽运源作用下上转换可以得到490 nm的绿光和670 nm的红光,上转换红、绿光发光强度受到烧绿石Er_xYb_(2-x)Ti_2O_7晶体的生成以及Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂浓度的影响,实验表明,适量共掺杂Er~(3+)/Yb~(3+)可明显增强上转换发光,Er~(3+)在上转换发光中起主要作用,而引入敏化离子Yb~(3+)可以大大提高上转换发光效率,磁控溅射法制备的TiO_2薄膜声子态密度较小,从而抑制了无辐射跃迁过程,导致490nm绿光形成以及红光强度大于绿光强度。     

硅酸锶中Pr~(3+)的4f5d态的光谱特性及Pr~(3+)→Gd~(3+)的能量传递

本文研究了室温下Pr3 + 在Sr2 SiO4 中的发射光谱和激发光谱 ,在激发光谱中 ,最低激发峰位置低于1S0能级位置 ,属于 5d态的吸收。发射光谱主要由 5d→ 4f的跃迁构成 ,未观测到Pr3 + 的3 P0 和1D2 的辐射跃迁。Pr3 + 的掺杂浓度在 0 0 1mol左右时 ,其发射强度接近最大。在Sr2 SiO4 ∶Pr3 + ,Gd3 + 体系中 ,Pr3 + 的 5d→3 H4 的跃迁与Gd3 + 的8S7/ 2 →6I能级的吸收跃迁相匹配 ,因此发生了Pr3 + →Gd3 的高效无辐射能量传递。固定Pr3 +的浓度时 ,随着体系中Gd3 + 离子浓度的增加 ,Gd3 + 的发射强度也随之增强 ,同时 ,Pr3 + 的发射强度则逐渐下降。     

铈铕共掺高钆氧化物玻璃的发光性能及能量传递效应

在还原气氛下, 采用高温熔融法制备了Eu²⁺/Ce³⁺共掺的高钆氧化物玻璃. 荧光性能测试显示, Ce³⁺能够有效地敏化Eu²⁺的发光, 使Eu²⁺的发光强度增强了2.3倍; 测试对比了Ce³⁺ 发光的荧光寿命随Eu²⁺的掺入前后的变化情况, 计算得出Ce³⁺→Eu²⁺ 的能量传递效率可达61.5%, 并进一步探讨了其能量传递机理. 研究表明: 在高钆氧化物玻璃中, 采用Eu²⁺ 和Ce³⁺ 共掺的方法可有效地增强Eu²⁺ 的发光性能和闪烁性能. 关键词： 发光玻璃 能量传递 荧光寿命     

Ce~(3+)、Tb~(3+)在SrZnP_2O_7材料中的发光及能量传递

采用高温固相法制备了Ce3+、Tb3+激活的SrZnP2O7材料,并研究了材料的发光性质。在290 nm紫外光激发下,SrZnP2O7∶Ce3+材料的发射光谱为双峰宽谱,主峰位于329 nm。SrZnP2O7∶Tb3+材料的发射光谱由420,443,491,545,587,625 nm六个峰组成,分别对应Tb3+的5D3→7F5、5D3→7F4、5D4→7F6、5D4→7F5、5D4→7F4和5D4→7F3特征发射;监测545 nm最强发射峰,所得激发光谱覆盖200~400 nm,主峰为380 nm。研究了Ce3+、Tb3+在SrZnP2O7材料中的能量传递过程,发现,Ce3+对Tb3+具有很强的敏化作用,提高了SrZnP2O7∶Tb3+材料的发射强度,当Ce3+摩尔分数为3%时,SrZnP2O7∶Tb3+材料的发射强度提高了近2倍。引入电荷补偿剂可提高SrZnP2O7∶Tb3+材料的发射强度,其中以掺入Li+和Cl-时效果最明显。     

Na_2CaSiO_4:Sm~(3+),Eu~(3+)荧光粉的发光特性和能量传递

利用高温固相法合成Na_2CaSiO_4:Sm~(3+),Eu~(3+)系列荧光粉末,研究了Sm~(3+)和Eu~(3+)掺杂对Na_2CaSiO_4晶体结构的影响、材料发光特性以及存在的能量传递现象.X射线衍射结果表明Sm~(3+)和Eu~(3+)单掺及共掺样品均为单相的Na_2CaSiO_4结构,晶体结构没有改变.Na_2CaSiO_4:Sm~(3+)荧光样品在404 nm激发波长下呈现峰峰值为602 nm的橙红色荧光,来源于~4G_(5/2)→~6H_(7/2)跃迁.Na_2CaSiO_4:Eu~(3+)荧光样品在395 nm激发波长下发射出峰峰值为613 nm的红色荧光.对光谱和荧光寿命的测试和分析结果表明Sm~(3+)与Eu~(3+)之间存在能量传递,通过理论计算得到Sm~(3+)和Eu~(3+)之间的能量传递临界距离为1.36 nm,相互作用形式为电四极-电四极相互作用.随着Eu~(3+)掺杂浓度的增加,能量传递效率也逐渐提高至20.6%.     

偏硅酸钙中Pr3+的4f5d态的光谱特性及Pr3+→Gd3+的能量传递

合成了高效发射UV光的CaSiO3:Pr^3 新型荧光体，研究了室温下Pr^3 的4f5d态的发射和激发光谱，Pr^3 的4f5d态的最低子能级向4f^2组态的^3H4，^3H6和^1G4能级跃迁产生UV发射，并不伴随有4f-4f能级跃迁的可见光发射。Pr^3 的浓度猝灭是由于辐射和无辐射能量传递造成的，同时，在CaSiO3中，存在Pr^3 →Cd^3 的能量传递，探讨了其能量传递特性。     

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。     

GdBO3：Pr3+，Yb3+中Pr3+到Yb3+的能量传递及发光性质

采用高温固相法制备了一系列单掺或双掺Pr3+和Yb3+的GdBO3材料,分别测试分析了材料的物相结构和发光性质。在446 nm蓝光( Pr3+：3 H4→3 P2)激发下,检测到Yb3+的近红外特征发射,表明样品中存在Pr3+到Yb3+的能量传递。 Pr3+的掺杂浓度一定时,样品的发光会随着Yb3+掺杂浓度的改变而发生变化。通过对比不同掺杂情况下Pr3+：3 P0能级的衰减曲线,发现随着Yb3+的掺杂浓度的增加,该能级的荧光寿命不断缩短;同时利用不同条件下的衰减特性计算得出不同 Yb3+掺杂浓度样品的能量传递效率。用 Inokuti-Hirayama模型分析表明Pr3+-Yb3+能量传递类型为偶极子-偶极子相互作用。     

硅酸锶中Pr3+的4f5d态的光谱特性及Pr3+→Gd3+的能量传递

本文研究了室温下Pr^3 在Sr2SiO4中的发射光谱和激发光谱，在激发光谱中，最低激发峰位置低于^1So能级位置，属于5d态的吸收。发射光谱主要由5d→4f的跃迁构成，未观测到Pr^3 和^3Po和^1D2的辐射跃迁。Pr^3 的掺杂浓度在0.01mol左右时，其发射强度接近最大。在Sr2SiO4:Pr^3 ,Gd^3 体系中，Pr^3 体系中，Pr^3 的5d→^3H4的跃迁与Gd^3 的^8S7/2→^6I能级的吸收跃迁相匹配，因此发生了Pr^3 →Gd^3的高效无辐射能量传递。固定Pr^3 的浓度时，随着体系中Gd^3 离子浓度的增加，Gd^3 的发射强度也随之增强，同时，Pr^3 的发射强度则逐渐下降。     

Er^3+,Cr^3+共掺杂BaAl2Si2O8荧光粉的发光性质及能量传递

利用高温固相法合成BaAl2Si2O8:Cr^3+,Er^3+系列荧光粉,研究了Cr^3+和Er^3+掺杂对BaAl2Si2O8材料发光特性的影响.BaAl2Si2O8:Er^3+荧光样品在393 nm激发波长下只呈现出峰值为550 nm的绿色荧光,来源于2H11/2→4I15/2和4S3/2→4I15/2跃迁的叠加.BaAl2Si2O8:Cr^3+荧光样品在550 nm激发波长下呈现峰值为694 nm的红色荧光,来源于2E→4A2的跃迁.在共掺杂样品BaAl2Si2O8:Cr^3+,Er^3+中,用Cr^3+激发峰的凹槽处380 nm作为激发光,得到的发射峰不仅有Er^3+的发射峰位,还有Cr^3+的发射峰位,说明两个离子之间可能存在辐射能量传递;对共掺杂BaAl2Si2O8:1%Cr^3+,x%Er^3+样品的荧光光谱进行测试,随着x的增加,Cr^3+的激发和发射光谱强度均有所增加,并且当x=0.5时,光谱强度是原来的4倍.另外,当固定Cr^3+的浓度时,随着Er^3+的浓度增加,Cr^3+的荧光寿命逐渐增加;当固定Er^3+的浓度时,随着Cr^3+的浓度增加,Er^3+的荧光寿命逐渐减小.这些现象表明了Er^3+和Cr^3+之间存在共振能量传递,通过理论计算得到Er^3+和Cr^3+之间的能量临界距离为4.5 nm,属于电偶极-电偶极相互作用.     

Tm3+/Ho3+掺杂碲酸盐玻璃的上转换发光性能与能量转换机制

采用高温熔融法制备了单掺Tm3+和Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃,测试了808 nm激光泵浦下玻璃的红外和上转换荧光光谱。Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃上转换荧光光谱主要由695 nm红光、544 nm绿光、474 nm蓝光和740 nm红光四个发光带组成。通过分析样品的光谱性能和能量转换机制,发现很少报道的740 nm红光可能是由Tm3+：1D₂ →3F_{2, 3}能级跃迁产生的。在掺杂0.5 mol％ Tm₂O₃的样品中添加0.3 mol％ Ho₂O₃,695 nm红光、740 nm红光和474 nm蓝光等上转换发光强度明显增大,大约分别是单掺0.5 mol％ Tm₂O₃样品中发光强度的3倍,2.5倍和14倍。这些情况说明存在着强烈的Ho3+→Tm3+反向能量传递。单掺Tm3+碲酸盐玻璃中1D₂能级(发射740 nm红光)上的粒子集居主要来源于合作上转换(CU)过程,而3F_{2, 3}能级(发射695 nm红光)上的粒子集居除了来源于CU过程之外,还有740 nm红光的发射和1G₄能级上部分粒子的无辐射跃迁(1G₄→3F_{2, 3})两条途径,因此样品中695 nm红光强度明显要大于740 nm红光强度。通过交叉驰豫作用CR2和CR3以及反向共振能量转移RET2,Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃中Tm3+的1G₄能级(发射474 nm蓝光)上的粒子集居数比单掺Tm3+时出现了净增加。Tm3+的1G₄能级上粒子集居数的增加可能进一步强化了该能级的无辐射跃迁、740 nm红光的发射以及CU过程,并进而促使Tm3+的3F_{2, 3}能级上的粒子集居。所以,当Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃与单掺Tm3+碲酸盐玻璃中掺杂相同浓度的Tm3+时,前者的红光和蓝光等上转换荧光强度均比后者要大。本文还研究了Tm3+之间以及Tm3+与 Ho3+之间的交叉弛豫和能量传递等效应,并进一步探讨了Tm3+与 Ho3+之间的能量转换机制。     

Tb~(3+)和Ce~(3+)在Sr_7Zr(PO_4)_6基质中能量传递及发光特性研究

用高温固相法制备了Sr_7Zr(PO_4)_6∶Tb~(3+)、Sr_7Zr(PO_4)_6∶Ce~(3+)及Sr_7Zr(PO_4)_6∶Tb~(3+),Ce~(3+)一系列荧光粉,并通过X射线衍射仪及荧光光谱仪分析了其结构和发光性质。结果表明,Sr_7Zr(PO_4)_6∶Tb~(3+)呈现特征绿色发射,最强发射峰位于543 nm,属于Tb~(3+)的5D4→7F5跃迁,激发峰位于226 nm处,但激发带较窄。为拓宽其激发带的宽度,在Sr_7Zr(PO_4)_6∶Tb~(3+)中掺入了Ce~(3+),观察到掺入Ce~(3+)后激发带变宽,且在Ce~(3+)的激发波长处激发得到了Tb~(3+)的发射,表明存在Ce~(3+)到Tb~(3+)的能量传递。     

Dy~(3+)-Tb~(3+)掺杂氟氧碲酸盐玻璃的光谱性能研究

实验采用高温熔融法制备了一系列Dy3+离子、Tb3+离子单掺或共掺氟氧碲酸盐玻璃样品.测试了不同摩尔含量的Dy3+离子和Tb3+离子的氟氧碲酸盐玻璃样品的密度,分析了紫外-可见透射光谱、激发光谱、发射光谱、发光衰减曲线,研究了不同摩尔含量的Dy3+离子和Tb3+离子的氟氧碲酸盐玻璃样品光谱性能及Dy3+离子到Tb3+离子能量传递机理.结果表明:Dy3+离子、Tb3+离子单掺或共掺氟氧碲酸盐玻璃样品的密度均大于5g·cm-3,最大可达6.09g·cm-3;Dy3+离子可以敏化Tb3+离子,促进其发光,但当Dy3+离子超过一定浓度后,会发生离子间浓度猝灭效应,Tb3+离子的发光反而降低.试验测得,Dy3+离子的最佳掺杂浓度为1.0mol%,此时,Tb3+离子掺杂浓度为6.0mol%,Tb3+离子发光效果最强.依据Dexter能量传输理论,并对Dy3+离子和Tb3+离子的能级图及能级间的跃迁进行分析,可知Dy3+离子和Tb3+离子间的能量传递方式为非辐射共振传递.     

Pr,Yb:ZBLAN上转换发光过程中的能量传递

详细地研究了Ｐｒ３＋，Ｙｂ３＋ＺＢＬＡＮ玻璃中Ｐｒ３＋和Ｙｂ３＋离子之间的能量传递过程、及能量传递对上转换发光的影响。实验结果表明，在９６０ｎｍ激光泵浦下Ｙｂ３＋通过Ｙｂ３＋—Ｐｒ３＋之间的交叉弛豫向Ｐｒ３＋传递能量。具体的能量传递形式有三种。Ｙｂ３＋作为敏化剂可提高Ｐｒ３＋的上转换发光强度。从Ｐｒ３＋向Ｙｂ３＋的反向能量传递过程也是存在的，具体的过程和Ｐｒ３＋向Ｙｂ３＋传递的相反。Ｐｒ３＋—Ｙｂ３＋的能量传递导致Ｐｒ３＋发光的淬灭，使Ｐｒ３＋上转换发光随着Ｙｂ３＋浓度增加出现饱和。和３Ｐ０能级相比较，Ｙｂ３＋对Ｐｒ３＋离子的１Ｄ２能级发光的淬灭作用更强