Pr3+离子单掺LiLuF4单晶的坩埚下降法生长及光谱性能研究

本文应用坩埚下降法技术在全密封铂金坩埚条件下生长了不同Pr³⁺离子掺杂浓度的高质量LiLuF₄单晶. 测定了单晶体从420 nm至500 nm的激发光谱. 在446 nm光激发下,观察到单晶体480 nm(³P₀→³H₄)蓝色发射带、522 nm(³P₁→³H₅)绿色发射及605 nm(¹D₂→³H₄)的红色发射,其对应的平均寿命分别为38.5、37.3和36.8 μs. 其荧光寿命明显大于Pr³⁺掺杂的氧化物单晶. 同时研究了激发波长和掺杂浓度对发射强度以及色度坐标的影响. 获得最佳的Pr³⁺浓度为∽0.5 mol%,并分析了环境温度从298 K 到443 K变化对荧光强度的影响. 结果表明随着温度的增加,荧光强度逐步变弱,其中³P₀→³H₄(480 nm)能级跃迁受温度影响最大,其次是³P₁→³H₅和¹D₂→³H₄.     

基质中非4f组态的电子态对Pr~(3+)离子发光的影响（英文）

三价镨离子(Pr~(3+))是一种备受关注的稀土发光离子。学者们在过去几十年里对其发光性质进行了大量的理论和实验研究。在不同的基质材料中,由于非4f组态的电子态与Pr~(3+)离子发光能级相互作用,Pr~(3+)离子可以展现从紫外到红外波段的不同特征的光发射。影响Pr~(3+)离子发光的这些电子态可能源于4f5d激发组态、电荷迁移态或类激子态。本文中,我们以几种具有代表性的发光材料为例,简短地总结和评述了Pr~(3+)离子发光的不同谱形;也尝试解释了几个新颖的实验现象,例如:杂质束缚激子态和电荷迁移态对发光的猝灭影响。我们希望这些相关概念和谱学结果的整理有助于读者更好地理解一些实验上的发光现象,并为设计发光材料提供新的思路。     

Zn,Cr∶LiNbO3单晶的坩埚下降法生长及其荧光光谱

通过选择合适的化学原料（Li2O∶48.6mol%, Nb2O5∶51.4mol%）、控制生长速度（<3 mm/h）及固液界面的温度梯度（20~40℃/cm）与温场，用坩埚下降法成功地生长出了Zn、Cr双掺杂初始浓度分别为3 mol%、0.1 mol%,以及6 mol%、0.1 mol%的大尺寸铌酸锂晶体.生长的晶体无宏观缺陷,在He-Ne激光的照射下，无散射中心.测定了晶体的宽带荧光光谱（700~1200nm）及R带（710~740nm）的精细变温光谱.这些R带的光谱线由Cr离子所取代的Li(Cr3+Li)与Nb(Cr3+Nb)的发光中心以及声子辅助吸收所致.     

Ho~(3+)/Tm~(3+)共掺α-NaYF_4单晶体的光谱特性（英文）

采用坩埚下降法生长出Ho~(3+)离子掺杂浓度~1.90 mol%、Tm~(3+)不同掺杂离子浓度(0.99mol%,1.58mol%,2.37 mol%,3.16 mol%,3.99 mol%,7.19 mol%)的双掺杂立方晶相NaYF_4单晶体.根据测定的吸收光谱以及800nmLD波长激发下的发射光谱、发射截面和衰减曲线,研究从Tm~(3+)离子到Ho~(3+)离子的能量传递机制、Tm~(3+)离子的浓度猝灭效应和Ho~(3+)离子在2.04μm波段的优化发光效应.当Ho~(3+)离子浓度保持为~1.90 mol%不变,Tm~(3+)离子浓度从0.99 mol%增加到1.59mol%时,2.04μm波段的发射强度逐步增强;当浓度从1.59mol%增加到7.19mol%时,发射强度逐步减弱.Ho~(3+)(1.90 mol%)/Tm~(3+)(1.59 mol%)共掺的单晶体的发射截面最大,达到2.17×10-20 cm~2,其荧光寿命最长,为21.72ms;同时,根据Ho~(3+)离子的吸收截面和Tm~(3+)离子的发射截面,计算得到该样品从Tm~(3+)∶3F~(3+)4→Ho∶5I7稀土离子能量传递系数和Ho~(3+)∶~5I_7→Tm~(3+)∶~3F_4反传递系数分别为C_(Tm-Ho)=24.14×10~(-40)cm~6/s,C_(Ho-Tm)=2.05×10~(-40) cm~6/s.     

掺Pr~(3+)氟化物玻璃发光特性研究

采用熔融法制备Pr3+掺杂的50Zr F4-50(Ba F2-YF3-Al F3)-x Pr F3氟化物玻璃,系统研究了其在不同激发条件下的光致发光和闪烁发光性能。测试结果表明,Pr3+位于可见波段、属于f→f跃迁(3P0→3H4、3P0→3H6、3P0→3F2等)的光致发光最佳摩尔分数为0.6%,并且随着Pr3+浓度的增加,486 nm处的荧光寿命从56 ms下降到11 ms,浓度猝灭效应明显;而X射线激发时,最佳发光摩尔分数上升到1.0%。Pr3+位于紫外波段的4f→5d跃迁光致发光强度随着Pr3+浓度的增加一直增强。这是由于4f→5d跃迁能级差大,氟化物声子能量较低,而产生交叉弛豫需要很多声子,故难以发生浓度猝灭效应。当采用X射线激发时,检测到较强486 nm的发光,而未探测到紫外发光。     

掺Co钨酸镉单晶体的坩埚下降生长及光谱特性

应用坩埚下降法,采用70℃.cm-1的固液界面温度梯度与0.50 mm.h-1生长速度,生长出了初始Co掺杂摩尔百分浓度为0.5 mol%、尺寸为Ф25 mm×120 mm的钨酸镉单晶体。晶体呈透明深蓝色。用XRD表征了获得的晶体。观测到518,564和655 nm三个可见波段吸收带以及发光中心1 863 nm(1 323～2 220 nm)的超宽吸收带。可见波段的吸收归属于Co2+在八面晶格场中4T1(4F)→4A2(4F),4T1(4F)→4T1(4P)跃迁叠加,而红外波段的宽带吸收则为八面体场Co2+的4T1(4F)→4T2(4F)能级跃起所致。从吸收特性表明,Co离子掺杂于畸变的氧八面体中,呈现+2价态。根据吸收光谱计算出晶格场参数Dq=990 cm-1,Racah参数BC=726.3 cm-1。在520 nm波长光的激发下,观察到778 nm波段的荧光发射,归属于八面体晶格场中Co2+的4T1(4P)→4T1(4F)能级的跃迁。从吸收与荧光强度的变化推断:沿着晶体生长方向,Co2+浓度逐渐增加,有效分凝系数小于1。     

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。     

Nd3+:LiNbO3 晶体的坩埚下降法生长及光谱特性

以同成分化学组分比(Li2O:48.6mol%,Nb2O5:51.4mol%)为原料,Nd2O3为掺杂剂,应用坩埚下降法技术,生长了Nd3+初始掺杂为0.2mol%的LiNbO3晶体。测定了晶体的差热曲线、红外吸收光谱、紫外-可见吸收光谱,并与用提拉法技术生长的晶体性质进行了比较。观测到了Nd3+的特征吸收峰。在800nm的半导体激光激发下研究了晶体在1.06μm附近的荧光曲线和荧光寿命,观测到了1067,1080,1085,1093,1106nm五个分裂的4F3/2→4I11/2能级跃迁发射峰。测定了最强荧光峰(1085nm)的荧光寿命为351μs。与用提拉法技术生长的晶体相比,其荧光寿命得到了大幅度的变长,约为3.5倍。在密封条件下用坩埚下降法技术生长的晶体,由于在生长过程中隔绝了空气和水汽,所以在获得的晶体中具有低的OH-离子浓度,获得了长的荧光寿命。     

掺Er^3＋离子Sr3Y2（BO3）4晶体光谱性能的研究

研究了提拉法生长的掺Er^3＋的Sr3Y2（BO3）4晶体的吸收光谱和荧光光谱。应用J—O理论分析并计算了光谱参数,得到唯象参数Ω2、Ω4和Ω6分别为11．90×10^-20cm^2、3．44×10^-20cm^2和1．92×10^-20cm^2。在Er^3＋：Sr3Y2（BO3）4晶体中,Er^3＋在1533nm波长的发射截面为1．00×10^-20cm^2,^4I13／2→^I15／2能级跃迁的荧光寿命和辐射寿命分别为0．58ms和4．10ms,良好的光谱性能表明Er^3＋：Sr3Y2（BO3）4晶体可能成为潜在的1．55μm波段的一种激光材料。     

单晶体α-NaYF_4∶Dy~(3+)的制备及光谱特性（英文）

以氟化钾(KF)作为助熔剂,选用70~90℃/cm的固液界面温度梯度,通过改进的助熔剂-布里奇曼方法生长出了Dy3+离子掺杂的α-NaYF4单晶体.测试了样品的X射线粉末衍射,吸收光谱,激发光谱,以及在不同紫外光激发下的发射光谱,分析了样品的的物相和光谱特性.应用色度学理论计算了Dy3+离子掺杂α-NaYF4单晶的色度坐标和色温.结果表明:当原料组份配比为30NaF-18KF-52YF3时,有利于大尺寸晶体生长.原料中KF的加入起到助熔剂作用,它改变了NaF-YF3二元系相图并且降低了α-NaYF4的熔点,使得α-NaYF4能从熔融的NaF-KF-YF3混合物中结晶出来,最后生长出透明的α-NaYF4单晶体.实验发现大多KF被排析在生长后期的晶体顶端,KF的加入没有对α-NaYF4单晶体的结构产生影响.在348nm紫外光激发下,单晶体可发射出蓝光约479nm,黄光约571nm以及弱的红光约659nm.其中1.299mol%Dy3+掺杂浓度的α-NaYF4单晶体发射的蓝、黄与红光可耦合出色坐标x=0.285,y=0.338以及色温为8 065K的白光.这些新型材料在紫外激发的白光二极管领域具有潜在的应用.     

液封坩埚下降法生长非掺杂InP单晶的特性研究

用液封坩埚下降(LE-VB)法沿〈100〉晶向成功地生长了非掺杂InP单晶。LE-VB晶体的4.2K光致发光谱包含束缚于中性浅受主上的激子发光、与Zn受主相关的施主-受主(DA)对发光及其声子伴线、以及与本征缺陷等有关的深能级发光三部分。通过与液封直拉(LEC)生长的籽晶的光致发光谱比较表明,在LE-VB晶体中,束缚于中性浅受主上的激子发光与籽晶中的相差不大;DA对发光的晶格弛豫比籽晶中的小;与本征缺陷等有关的深能级发光强度比籽晶中的弱。晶体的室温光致发光谱仅包含带-带发光,其发光强度形貌测试结果表明,LE-VB晶体的带-带发光强度比LEC籽晶的强。用Huber法对晶片腐蚀的结果表明,在LE-BV晶体中,位错密度仅为LEC籽晶中的三分之一。分析认为,在LE-VB晶体中,本征缺陷和位错等浓度较低,可能是其带-带发光强度比在LEC籽晶中强的物理起因。     

液封坩埚下降法生长非掺杂InP单晶的特性研究

用液封坩埚下降（ＬＥ－ＶＢ）法沿〈１００〉晶向成功地生长了非掺杂ＩｎＰ单晶．ＬＥ－ＶＢ晶体的４．２Ｋ光致发光谱包含束缚于中性浅受主上的激子发光、与Ｚｎ受主相关的施主－受主（ＤＡ）对发光及其声子伴线、以及与本征缺陷等有关的深能级发光三部分．通过与液封直拉（ＬＥＣ）生长的籽晶的光致发光谱比较表明，在ＬＥ－ＶＢ晶体中，束缚于中性浅受主上的激子发光与籽晶中的相差不大；ＤＡ对发光的晶格弛豫比籽晶中的小；与本征缺陷等有关的深能级发光强度比籽晶中的弱．晶体的室温光致发光谱仅包含带—带发光，其发光强度形貌测试结果表明，ＬＥ－ＶＢ晶体的带—带发光强度比ＬＥＣ籽晶的强．用Ｈｕｂｅｒ法对晶片腐蚀的结果表明，在ＬＥ－ＢＶ晶体中，位错密度仅为ＬＥＣ籽晶中的三分之一．分析认为，在ＬＥ－ＶＢ晶体中，本征缺陷和位错等浓度较低，可能是其带—带发光强度比在ＬＥＣ籽晶中强的物理起因．     

Er~(3+)单掺与Er~(3+)/Pr~(3+)共掺碲酸盐玻璃的2.7μm光谱性质及能量转移过程

采用高温熔融法制备了不同浓度Er3+,Er3+/Pr3+共掺的60TeO2-30WO3-10La2O3玻璃。研究了玻璃的红外透过光谱,吸收光谱以及在980nm LD抽运下的荧光光谱和Er3+…4I13/2能级荧光寿命。根据红外光谱计算了玻璃中OH-的吸收系数α。应用Judd-Ofelt理论计算了J-O参量,自发辐射系数Arad,荧光分支比β;利用Fuchtbauer-Laderburg理论计算了2.7μm受激发射截面。分析了980nm抽运时Er3+/Pr3+共掺的能量转移过程。计算得到OH-吸收系数α为0.57cm-1,2.7μm自发辐射系数Arad为60.6s-1,荧光分支比β为16.3%,最大受激发射截面达到1.13×10-20 cm2。结果表明,这种碲酸盐玻璃适合作为获得2.7μm输出的激光材料。     

单分散球形BaWO_4:Tb~(3+)绿色荧光粉合成及光谱性能

采用水热法合成了不同Tb~(3+)浓度掺杂的单分散球形PaWO_4绿色荧光粉。通过粉末X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM),能量色散光谱仪(EDS)来表征荧光粉的晶体结构、颗粒大小、形貌及成分;激发光谱和发射光谱以及荧光衰减曲线来表征荧光粉的荧光性能。XRD分析确认不同Tb~(3+)浓度掺杂的BaWO_4具有白钨矿结构;SEM图像显示不同Tb~(3+)浓度掺杂BaWO_4为单分散的球形荧光粉以及颗粒大小为2～4μm。研究Tb~(3+)离子掺杂浓度对发光强度的影响,结果表明,荧光粉中Tb~(3+)离子的最佳掺杂原子数分数为12%。发射光谱表明在254 nm的UV光激发下12%BaWO_4:Tb荧光粉样品与商用绿色荧光粉LaPO_4:Ce,Tb发光强度相当。由于Tb掺杂的BaWO_4绿色荧光粉具有优良的发光性能和容易制备的特点,有望成为新一代的绿色荧光粉。     

掺Tm~(3+)和Tb~(3+)的LiMgPO_4磷光体的发光光谱与能量转移

稀土掺杂的LiMgPO_4(LMP)磷光体是一种很有前景的辐射剂量计材料,热释光谱技术是研究材料中载流子陷阱和发光中心的有效手段.为研究稀土掺杂LMP的发光机制,用高温固相法研制了LMP:Tm, LMP:Tb和LMP:Tm, Tb磷光体,用线性升温法测量了磷光体的热释光发光曲线和热释光谱,并将之与荧光谱进行了对比分析.实验结果表明:在LiMgPO_4磷光体中, Tm~(3+), Tb~(3+)共掺可使磷光体在300℃左右的热释光显著增强; LMP磷光体的热释光谱中可观测到比一般荧光谱更丰富的Tm~(3+)离子和Tb~(3+)离子的跃迁; Tm~(3+)和Tb~(3+)虽然都可成为发光中心,但Tm~(3+)起主要作用;结合对热释光谱和荧光谱的深入分析,可知磷光体中存在Tb~(3+)→Tm~(3+)的能量转移.     

白光LED用LiYF_4∶Pr~(3+)微晶玻璃的发光性能研究

采用高温熔融法制得组分为43SiO_2-23Al_2O_3-27LiF-17YF_3-xPr_2O_3(x=0.05、0.1、0.15、0.2)(mol%)的前驱玻璃.玻璃样品分别经530℃、540℃和550℃热处理后,制备出一系列Pr~(3+)离子掺杂含LiYF4晶粒的微晶玻璃.晶相由X射线衍射与透射电子显微镜证实,晶粒平均尺寸为14±4nm.紫外-可见分光光度计证实微晶玻璃具有良好的透光性.研究热处理前后样品的光谱特性和荧光寿命,对封装成LED后的相关参数进行测试.结果表明,在波长444nm的激发下,掺杂Pr~(3+)离子浓度为0.3mol且热处理温度为550℃的微晶玻璃具有最高光输出强度,封装成LED后发射出白光,其色坐标为x=0.33,y=0.35.     

Eu~(2+)和Dy~(3+)共掺Ca_xSr_(2-x)SiO_4硅酸盐固溶体发光性质探究（英文）

稀土发光材料和固溶体发光材料受到人们的广泛关注,稀土固溶体发光材料本身的结构特性在一定程度上能够影响和决定它的发光特性,而发光特性又直接关系到材料的性能和使用前景.因此,本论文的主要工作是通过改变固溶体发光材料Ca_xSr_(2-x)SiO_4:0.01Eu~(2+),0.01Dy~(3+)固溶离子Ca和Sr的比例浓度来实现对固溶体发光材料基质结构的调节,测得了不同固溶比例下的样品的激发光谱和部分发射光谱以及热释光谱,并对这些实验结果进行分析.     

Ce~(3+)掺杂LiLuF_4氟氧微晶玻璃的发光性质

通过熔融法以及热处理,制备了Ce~(3+)掺杂含Li Lu F_4纳米晶的透明氟氧微晶玻璃。XRD结果表明,玻璃中析出的晶相为Li Lu F_4,其晶粒大小随热处理温度的升高和时间的延长而变大。在330 nm紫外光激发下,Ce~(3+)掺杂的氟氧玻璃和Li Lu F4微晶玻璃的发射为一峰值波长为370 nm的宽带光谱。微晶玻璃的发光强度显著高于未经过热处理的基础玻璃,并且随着热处理温度的升高及时间的延长,微晶玻璃的发光逐渐增强。微晶玻璃的370 nm发射的荧光寿命均长于基础玻璃的。     

掺Eu~(3+)镉铝硅酸盐玻璃的制备及光谱性质研究

农作物的生长和收成与光合作用有密切关系,垂直照射的日光中绿光成分转化成对植物有强吸收的蓝光和红光并对其进行人工模拟光环境是十分有意义的.稀土离子掺杂到玻璃材料中具有波长转换功能.基于上述两点,该文应用高温熔制方法制备了掺Eu3+镉铝硅酸盐玻璃,测试了样品的吸收光谱、激发光谱、发射光谱,均获得了红、蓝光的强发射.存在并给出对应强吸收峰的最佳掺杂浓度.由于Cd2+的加入产生电荷迁移带红移到320nm左右.可以看出选择不同的碱金属离子可以调节玻璃蓝色光的相对发射强度.根据J-O理论,计算其光学跃迁的强度参数Ω1和Ω,可以获得材料结构的有序和对称情况.     

YPO_4:Pr~(3+)发光的浓度和温度特性

选择激发YPO4:Pr3+ 中Pr3 + 离子的3P0 能级 ,测量了系列浓度样品不同温度下的发射光谱及 3P0 与1 D2 能级的发光衰减曲线。讨论了 6 13 2nm发射谱线的来源问题 ,确认是Pr3+ 离子的1 D2 (Γ3)→3 H4(Γ5 )的发射。研究了Pr3+ 离子3P0 与1 D2 能级不同的浓度猝灭关系 ,并用静态模型对1 D2 衰减曲线进行了拟合 ,结果显示1 D2 能级发光发生浓度猝灭的原因主要是相邻中心的偶极 四极相互作用引起的交叉弛豫。