YAG∶Ce3+在激光照明应用中的研究进展

基于激光二极管(Laser diode,LD)的照明和显示技术代表了半导体行业未来的重要发展方向之一,荧光转换材料是决定激光照明的能量效率和显示产品色彩品质的核心部件。黄色荧光转换材料Y₃Al₅O₁₂∶Ce³⁺(YAG∶Ce³⁺)适合蓝光LD激发、效率高、易于获得白光,仍然是目前最为广泛的研究对象。传统荧光粉加有机硅胶的封装模式热导率低,LD激发下存在烧蚀、发黑、失效等问题。LD高功率激发密度的特点引发了荧光材料封装技术革命性变革。为此,多形态、高热导率的远程荧光体应运而生。本综述主要对基于YAG∶Ce³⁺荧光玻璃、荧光薄膜、荧光晶体、荧光陶瓷等不同形态材料的制备方法及其在LD照明应用中的性能研究进行了总结,对荧光转换材料和LD照明的发展进行了展望。     

Tm3+掺杂的MFT玻璃蓝色荧光动力学

测量了Tm^3 掺杂的MFT玻璃材料的吸收光谱，J－O计算给出了该材料的光学跃迁强度参数Ωt(t=2,4,6)。测量了355nm激发下该材料的发射光谱，通过测量不同掺杂浓度Tm^3 的^1D2→^3H4和^1G4→^3H6荧光衰减曲线讨论了这两个能级寿命及荧光量子效随浓度的变化关系，计算当Tm^3 浓度的4％时引起^1D2和^1G4荧光猝灭的能量传递效率。指出了^1D2→^3H4的荧光猝灭属于电偶极－电偶极相互作用的能量传递所导致。     

Eu3+掺杂硅酸盐玻璃的变温发射光谱特性

研究了从77K到670K不同基质、不同掺杂浓度下硅酸盐玻璃中Eu^3 离子在488nm激光激发下的变温荧光发射特性。发现有些样品荧光发射强度先随温度升高而增强而后又随温度升高而减弱;而有些样品的荧光发射强度在观察温度区域内随温度升高一直增强。本文用热激后、声子辅助吸收过程和无辐射能量传递过程造成的温度猝灭相互关系的机制解释了样品荧光发射强度随温度的变化关系,用同一公式拟合了这些样品的变温曲线。比较了不同激发通道的数量关系,计算了样品的温度猝灭值。     

Ce3+离子敏化Eu3+∶Cr3+∶Sm3+∶YAG外延层的荧光现象

对Ce3+ ∶Eu3+ ∶Cr3+ ∶Sm3+ ∶YAG处延层中的荧光敏化现象进行了报道和分析 ,在较高浓度的Ce3+ 离子掺杂时 ,外延层在蓝色、绿色波段出现了新的荧光谱线 ,可解释为在Ce3+ 离子敏化作用下 ,Eu3+ 离子产生了由高位激发态能级5Di(i=1,2 ,3)直接到基态能级7Fj(j =0 ,1,2 ,3)的辐射跃迁过程 ,并且这种Ce3+ ∶Eu3+ ∶Cr3+ ∶Sm3+ ∶YAG外延层还是一种新颖的白色单晶荧光材料。     

激光激励下镝离子掺杂氟硼酸盐玻璃荧光体的辐照参数

采用高温熔融法制备了镝离子掺杂氟硼酸盐玻璃荧光体,利用积分球绝对光谱测试系统,在453 nm蓝色激光二极管激发下,对玻璃荧光体的荧光光谱进行表征,解析出玻璃荧光体的相关绝对荧光参量。测试与计算结果表明,1.0 Wt% Dy₂O₃掺杂玻璃荧光体在功率15.81 mW的蓝色激光激发下,净发射光谱功率是286.91 μW,发射光子数为17.17×1014 cps,其荧光量子产率达到25.86%。为提高玻璃荧光体对泵浦激光的利用率,减少残余激光成分,进而改善组合光品质,制备了大体积的1.5 Wt% Dy₂O₃掺杂玻璃荧光体,在高功率的蓝色激光激发下获得白色照明效果,该玻璃荧光体在激发功率分别为56.0和252.7 mW的激光激发下,组合荧光对应的色坐标分别是(0.316, 0.287)和(0.303,0.268)。激光激励下的高效白色发光表明Dy3+掺杂氟硼酸盐玻璃荧光体在激光照明领域具有良好的应用前景。     

Eu3+∶Sm3+∶Cr3+∶YAG红色单晶荧光体

报道外延生长的多激活中心掺杂的红色单晶荧光体Eu3 ∶Sm3 ∶Cr3 ∶YAG ,其直径达到54mm ,荧光色坐标为x=0 .6 137,y =0 .3738,相当于波长λ=599nm的红色荧光 ,具有较高的色饱和度。这种单晶材料具有很好的抗电子束灼伤能力 ,在入射能量达到 10 5W/m2 时无发光猝灭现象 ,是一种较理想的红色单晶荧光材料。     

稀土硼酸盐玻璃中Ce3+的光谱性质和荧光衰减

合成Ｃｅ＾３＋掺杂的稀土硼酸盐玻璃,测试了材料的激发和发射光谱及荧光衰减曲线。紫外光激发下,玻璃中的Ｃｅ＾３＋发射强的蓝紫光,光谱的荧光寿命的分析结果表明,Ｃｅ＾３＋在这种稀土硼酸盐玻璃中形成两种性质不同的发光中心。     

Sm3+掺杂稀土硼酸盐玻璃的光谱参数计算和荧光光谱分析

制备了具有高效可见荧光发射的Sm3 掺杂稀土硼酸盐(LBLB)玻璃,对玻璃的吸收和荧光光谱展开了测试与分析.根据Judd-Ofelt理论对吸收光谱进行了拟合,求得Sm3 离子的晶场调节参数Ωt=(2,4,6)分别为6.81×10-20,4.43×10-20和2.58×10-20 cm2,并进一步计算出各能级跃迁的谱线强度、自发辐射跃迁概率、辐射寿命和荧光分支比等光谱参数.紫外光激发下,Sm3 掺杂LBLB玻璃发出明亮的橙红色光.激发光谱表明,氩离子激光器是Sm3 掺杂LBLB玻璃有效的激发光源.     

Tb3+∶YAG单晶荧光层中掺杂Ga3+的荧光敏化作用

采用液相外延工艺成功制备了Tb3 + ∶YAGG单晶荧光层 ,研究了Tb3 + 激活YAG主晶格外延层中Ga3 + 掺杂的荧光敏化效应 ,可以看到在Tb3 + 荧光得到显著增强的同时 ,外延荧光层发光的饱和特性也有所改善。实验中观察到了Ga3 + 掺杂后基质晶体吸收边缘向长波方向展宽 ,并与Tb3 + 的7F6 9E、7E典型吸收峰发生交叠的现象 ,用基质与Tb3 + 之间的声子耦合解释了上述Tb3 + ∶YAGG外延层中所存在的能量传递、荧光敏化现象。基质与掺杂激活中心间能量传递机制的建立将会为基于YAG主晶格的高效荧光材料研究提供一个新的思路。     

Pr3+或Sm3+掺杂YAG:Ce的发光特性及其荧光寿命

研究了Pr3 ,Sm3 掺杂对YAG:Ce发射光谱及其荧光寿命的影响.观察到当掺杂Pr3 时,在609 nm处出现Pr3 的发射峰,而掺杂Sm3 时,在616 nm处呈现Sm3 的发射峰.掺杂Pr3 或Sm3 增加红光区的发射峰将有利于提高YAG:Ce荧光粉的显色性.实验中测定了(Y0.95Sm0.01Ce0.04)3Al5O12、(Y0.95Pr0.01Ce0.04)3Al5O12、(Y0.96Ce0.04)3Al5O12的荧光寿命(τ),观察到在YAG:Ce中掺入Pr3 或Sm3 使Ce3 的荧光寿命减小.实验结果表明,少量掺杂Pr3 或Sm3 并未引起基质的结构的变化.     

Eu3+掺杂铌酸盐玻璃的光谱性质

研究了Eu^3 掺杂铌磷与铌硅系列玻璃的发射光谱，声子边带谱及^5D0能级寿命，计算了样品的强度参数。随着Nb2O5浓度的增加，Eu-O键强增大，共价性增强，Eu^3 的局域环境对称性降低，电－声子耦合增强，^5D0能级的无辐射过程加快，寿命变短，温度猝灭加剧。研究了从77－690K铌磷与铌硅系列玻璃中Eu^3 离子在488nm激光激发下的变温荧光发射特性，求出了温度猝灭速率。分析了发光强度增强与减弱的原因，即热布居与无辐射过程随温度的变化关系，研究了谱线宽度与峰值位置随温度的变化关系。     

荧光捕获效应对Yb3+磷酸盐玻璃光谱性质的影响

测试了不同掺杂浓度和不同厚度下Yb3+ 磷酸盐玻璃的吸收光谱、荧光光谱和荧光寿命 ,计算了积分吸收截面、吸收截面、受激发射截面、自发辐射寿命以及荧光有效线宽等光谱参数 ,讨论了荧光俘获效应对Yb3+ 磷酸盐玻璃光谱性质的影响 .结果表明荧光俘获效应随样品厚度和掺杂浓度的增加而增大 .由于荧光俘获效应的存在使得测量的Yb3+ 磷酸盐玻璃荧光寿命明显长于计算的荧光寿命 ,在 0 2mol%Yb2 O3低掺杂浓度下采用不同厚度 ( <4mm)的样品测量的荧光寿命之间误差为 3 0 %左右 ,高浓度 ( 6mol%Yb2 O3)掺杂下误差可达 43 % .荧光俘获还造成荧光谱线加宽 ,导致荧光有效线宽在低浓度 ( 0 2mol%Yb2 O3)时增加 14% ,在高掺杂浓度 ( 6mol%Yb2 O3)下增加 3 0 %以上