白光LED用Ce3+/Sm3+共掺玻璃和微晶玻璃的发光特性及能量传递研究

采用高温熔融法制备了一系列Ce³⁺/Sm³⁺共掺透明微晶玻璃,并研究了其发光特性。在微晶玻璃中Ce³⁺呈现出基于4f-5d跃迁的较强的宽带蓝光发射,通过调节Ce³⁺/Sm³⁺离子的掺杂浓度,Ce³⁺/Sm³⁺离子共掺微晶玻璃发光的色度逐渐发生变化,当CeO₂/Sm₂O₃掺杂的量比为1:1时,制得的微晶玻璃发光色坐标为(0.315, 0.296)。通过光谱和荧光衰减曲线,研究了Ce³⁺离子到Sm³⁺离子的能量传递,在SAZKNGC_0.6S_0.6微晶玻璃中,Ce³⁺离子向Sm³⁺离子传递能量效率约为20%。结果表明,Ce³⁺/Sm³⁺共掺微晶玻璃是白光LED的一种潜在基质材料。     

稀土离子(Eu3+,Tb3+,Ce3+)掺杂ZnAl2O4/SiO2微晶玻璃的制备与发光性能

采用凝胶法分别制备出4.5ZnO-5.5Al₂O₃-90SiO₂(ZAS)以及ZAS[DK]:RE³⁺ (RE=Eu,Tb,Ce) 透明微晶玻璃。利用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和荧光光谱仪(PL)等测试手段,研究了稀土离子掺杂浓度对ZAS微晶玻璃的结构和发光性能的影响。XRD结果表明,ZAS[DK]:RE³⁺ (RE=Eu,Tb,Ce)微晶玻璃包含ZnAl₂O₄晶相和SiO₂非晶相,ZnAl₂O₄平均晶粒尺寸约为30 nm,稀土离子的掺杂没有显著改变原来的ZnAl₂O₄晶体结构。TEM结果表明,900 ℃时ZnAl₂O₄从ZAS体系中析出。PL光谱显示,Eu³⁺ 存在 ⁵D₀→⁷F₂跃迁,ZAS[DK]:Eu³⁺在611 nm 处发出强烈的红色光;由于Tb³⁺ 的⁵D₄→⁷F₅ 跃迁,ZAS[DK]:Tb³⁺在541 nm 处发出明亮的绿色光;ZAS[DK]:Ce³⁺ 在381 nm处显示了蓝光发射,对应于Ce³⁺ 的5d→4f 轨道跃迁。ZAS[DK]:RE³⁺ (RE=Eu, Tb, Ce)的PL发射光谱存在着浓度猝灭现象,Eu³⁺、Tb³⁺ 和Ce³⁺的最佳单掺杂摩尔分数分别为20%、20%和3%。CIE色度图表明,ZAS[DK]: RE³⁺ (RE=Eu,Tb,Ce)的色坐标分别位于红光、绿光和蓝光区域。实验结果表明,ZAS:RE³⁺ (RE=Eu,Tb,Ce) 微晶玻璃是一种良好的可用于全色显示的白光LED材料。     

Er3+/Nd3+/Tm3+共掺碲酸盐玻璃近红外发射和能量传递机理

为满足通信网络飞速发展对密集波分复用系统(DWDM)传输容量需求的不断增加,对DWDM系统核心器件掺铒光纤放大器(EDFA)性能的要求也越来越高。碲酸盐玻璃因其具有稀土离子溶解度高,声子能量低和高折射率等优点已成为替代传统掺铒石英光纤的理想材料。掺稀土碲酸盐玻璃可以作为宽带光纤放大器的理想增益介质来实现信号有效放大,因此提高掺铒碲酸盐玻璃光谱性能并拓展其放大带宽对DWDM系统扩容具有重要意义。通过Er³⁺、 Nd³⁺和Tm³⁺共同掺杂提高碲酸盐玻璃的放大带宽以获得超宽带发光。Er³⁺、 Nd³⁺和Tm³⁺分别通过跃迁产生1.55、 1.34和1.85μm波段的发光,且三个近红外发射波段基本相邻。采用三种离子共掺的方式,通过离子间发生能量传递(ET)来实现碲酸盐玻璃在连续光谱中的发光。在TeO₂-WO₃-ZnO-Na₂O-Er₂O₃碲酸盐玻璃中,先进...     

Tm3+/Yb3+共掺碲铅锌镧玻璃的能量传递和上转换发光

制备了Tm³⁺/Yb³⁺共掺TeO₂-PbO-ZnO-La₂O₃玻璃，研究了玻璃红外吸收光谱和980 nm激光抽运下上转换发光光谱，分析了上转换发光机制.基于Tm³⁺和Yb³⁺的能级图及上转换机制建立了速率方程，得出了稀土离子各能级的粒子数分布密度以及Tm³⁺与Yb³⁺之间的能量转移系数C_bi(i=0, 1,3).结果表明，随着PbO加入，Yb³⁺:²F_5/2与Tm³⁺:³H₄间的能量转移不断增加，上转换蓝光的发光强度明显增强. 关键词： 碲酸盐玻璃 上转换发光 能量传递 速率方程     

CaSiO3:Ce,Mn体系中Ce3+→Mn2+的能量传递研究

本文研究了CasiO₃:Ce,Mn体系中Ce³⁺和Mn²⁺的发光及Ce³⁺→Mn²⁺的能量传递特性.分别采用Forster-Dexter电多极相互作用理论和Inokuti-Hirayama能量传递理论,研究了该体系中Ce³⁺→Mn²⁺的高效无辐射能量传递情况.结果表明,Ce³⁺→Mn²⁺的高效能量传递是以电偶极—偶极相互作用为主的电偶极—偶极和偶极—四极相互作用的共同结果.     

Ce3+, Mn2+共掺的Ca4Y6 (SiO4)6F2的发光性质和能量传递

采用高温固相法制备了Ca_4-xY_5.95 (SiO₄)₆F₂:0.05Ce³⁺, _xMn^{2 +}系列荧光粉,并对其发光性质以及Ce³⁺, Mn^{2 +}在Ca₄Y₆ (SiO₄)₆F₂ (CYSF)基质中的能量传递过程进行了研究.相结构研究表明: CYSF属于一种基于磷灰石结构的类质同象化合物.CYSF: 0.05Ce³⁺, _xMn²⁺荧光粉在200–373 nm为宽带激发光谱,Ce³⁺和Mn²⁺在408 nm和602 nm的发射峰分别由Ce³⁺的5d→4f的跃迁和Mn²⁺的⁴T₁ (⁴G)→ ⁶A₁ (⁶S)的跃迁产生.光谱重叠现象以及荧光寿命测试结果证明了Ce³⁺对Mn²⁺具有敏化作用,能级结构分析进一步证实该体系中存在Ce³⁺→Mn²⁺的能量传递过程,可有效地将Ce³⁺的蓝光转换为红橙光. 关键词： 磷灰石 发光性质 能量传递     

Dy3+含量对Eu2+,Dy3+共掺高硅氧发光玻璃发光性能的影响

通过控制Dy3+的掺杂浓度,制备出了不同浓度的Eu2+,Dy3+单掺和共掺高硅氧发光玻璃,测试其激发和发射光谱,讨论了Dy3+浓度对Eu2+,Dy3+共掺样品发光性质的影响。结果表明,Eu2+,Dy3+共掺高硅氧发光玻璃中存在Dy3+向Eu2+的无辐射能量传递现象,且Dy3+的引入会使高硅氧发光玻璃中Eu—O的共价作用减弱,造成Eu2+发射峰蓝移;随着Dy3+浓度的增加,Dy3+→Eu2+能量传递增强,Eu2+发光增强;Dy3+含量继续增加,则Dy3+发光出现浓度猝灭,且Dy3+→Eu2+能量传递减弱。     

Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃的2.0μm发光特性及能量传递

研究了Tm³⁺/Ho³⁺共掺TeO₂-WO₃-ZnO玻璃在808 nm激光二极管抽运下的2.0μm发光特性及Tm³+与Ho³⁺之间的能量传递.应用Judd-Ofelt理论计算了Ho³⁺在碲酸盐玻璃中的谱线强度参量Ω_t (t=2,4,6)、自发辐射概率A_r、辐射寿命τ_r等.计算了Ho³⁺的吸收截面σ_a(λ)和受激发射截面σ_e(λ).结果表明：碲酸盐玻璃中Tm³⁺→Ho³⁺正向能量传递系数大约是Tm³⁺←Ho³⁺反向能量传递系数的18倍.Ho³⁺离子的⁵I₇能级的寿命为3.9ms，2.0μm处的最大发射截面为9.15×10^-21cm².在0.5mol% Tm₂O₃和0.15mol% Ho₂O₃共掺的碲酸盐玻璃中能获得2.0μm的最大增益.通过比较氟化物、碲酸盐和镓铋酸盐重金属氧化物等玻璃中Ho³⁺的量子效率η，σ_e×τ_m值和增益系数G(λ)等，发现Tm³⁺/Ho³⁺共掺碲酸盐玻璃是一种理想的2.0μm激光器用基质玻璃. 关键词： 2.0μm发光 能量传递 增益 碲酸盐玻璃     

Er3+/Yb3+共掺杂铋酸盐玻璃的上转换发光和能量传递

用高温熔融法制备了Er³⁺/Yb³⁺共掺杂的45Bi₂O₃-45GeO₂-10PbO玻璃,对玻璃样品进行了光谱测试,分析了上转换发光机制和Yb³⁺→Er³⁺的能量传递效率。通过Yb³⁺离子浓度对Er³⁺离子在铋酸盐玻璃中的上转换荧光强度影响的研究,得到Er³⁺质量分数为0.5%以及Yb³⁺质量分数为2.5%时上转换发光强度最大。研究结果表明,在970nm泵浦激发下,Er³⁺/Yb³⁺共掺杂B₄₅G₄₅P₁₀玻璃在532,545,673nm处产生较强的上转换绿光和红光,是一种较为理想的上转换发光基质材料。     

Cr3+/Tm3+/Ho3+共掺氟磷酸盐玻璃的制备及性能表征

制备了不同 Al(PO₃)₃含量的掺铥系列氟磷酸盐玻璃,研究了其结构、热稳定性和光谱性质. 研究了不同摩尔百分数 Al(PO₃)₃掺杂下 Cr³⁺/Tm³⁺/Ho³⁺共掺氟磷酸盐玻璃在 2.0μm 处的发光特性. 并且用Judd-Ofelt理论计算了强度参量,并由此计算了激发能级的自发辐射跃迁速率、辐射寿命、荧光分支比等光谱参量. 结果表明,随着 Tm³⁺浓度增加,2.0μm 处发光的强度逐渐增强. 证明了Tm³⁺(³F₄) →Ho³⁺(⁵I₇)能量转移是非常有效的,并与掺杂浓度有关. 关键词： 氟磷酸盐玻璃 能量传递 荧光光谱 吸收光谱     

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     

Ce3+,Tb3+共掺BaYF5微晶玻璃的光学特性

采用高温熔融法制备了一种新型的Ce3 +/Tb3+共掺BaYF5微晶玻璃.测试了微晶玻璃的X射线衍射图(XRD)谱、激发光普和发射光谱.研究发现:660℃热处理2h后的玻璃基质中析出BaYF5纳米晶相,根据XRD结果用Scherrer公式计算得到晶粒大小约为27 nm;在近紫外光(338 nm)激发下,观察到BaYF5...     

Tb3+掺杂高密度锗酸盐闪烁玻璃的发光性质

采用高温熔融法制备了Tb³⁺掺杂高密度锗酸盐玻璃。分别测试了该玻璃的透过光谱、密度、荧光光谱、荧光寿命及X射线激发发光光谱,揭示了该玻璃的物理化学性质和发光性质。透过光谱表明该玻璃具有良好的可见光透过率。高含量的Lu₂O₃和Gd₂O₃使得玻璃的密度高达6.4 g/cm³。该玻璃在377 nm光和X射线激发下发出强的绿光。544 nm发光的荧光寿命为1.325~1.836 ms。研究结果表明,Tb³⁺掺杂高密度锗酸盐玻璃是一种可用于慢速事件X射线探测器的候选闪烁材料。     

光学碱度对Tb3+掺杂Bi2O3-B2O3玻璃发光性能的影响

采用熔融法制备了Tb³⁺掺杂的Bi₂O₃-B₂O₃系统玻璃,使用激发、发射及拉曼光谱分析了光学碱度与玻璃结构及发光性能的关系,同时绘制了Tb³⁺、Bi³⁺和Bi²⁺的能级图。研究结果表明：Tb³⁺掺杂的Bi₂O₃-B₂O₃玻璃由[BO₃]、[BiO₃]、[BO₄]及[BiO₆]共同组成,且随着光学碱度由0.63增加到0.93,玻璃的结构逐渐疏松。高的光学碱度使部分Bi³⁺变为Bi²⁺,发出571 nm（²P_3/2（2）→²P_1/2）的光,Bi³⁺→Tb³⁺的能量降低。在光学碱度及Tb³⁺、Bi³⁺和Bi²⁺离子的共同作用下,随着光学碱度的提高,玻璃的发光颜色由黄绿色变为白色。     

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.     

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%.     

基质对Tb3+单掺荧光玻璃发光性质的影响

采用高温熔融法制备了Tb³⁺单掺硼酸盐、硅酸盐和磷酸盐荧光玻璃和相应的玻璃基质。根据紫外-可见透射光谱计算了Tb³⁺在不同基质中从⁷F₆ 到⁵D₃和 ⁵D₄能级的实验振子强度,解释了不同基质中Tb³⁺发射光谱的变化原因。结果表明：因为对称性差,在磷酸盐玻璃基质中,Tb³⁺在542 nm和585 nm处的发射峰有劈裂现象。在硼酸盐和硅酸盐基质中,Tb³⁺ 的⁵D₃能级上的粒子通过交叉弛豫过程被倒空并转移到⁵D₄能级,故⁵D₃能级发光（413 nm和436 nm）不明显;在磷酸盐基质中,Tb³⁺的⁵D₃能级上的粒子数较少,没有交叉弛豫产生,故⁵D₃能级发光最强。在3种基质中,Tb³⁺从⁵D₄能级发射的特征峰489,542,585,620 nm的强度顺序是硼酸盐>硅酸盐>磷酸盐,与Tb³⁺在不同基质中从⁷F₆ 到 ⁵D₄能级的实验振子强度顺序一致。     

真空紫外光激发下Ce3+、Tb3+激活的BaCa2(BO3)2的发光性质

利用XRD、VUV及UV光谱等方法对Ce³⁺、Tb³⁺离子掺杂以及Ce³⁺、Tb³⁺离子共掺的3种BaCa₂(BO₃)₂荧光粉的相纯度、发光性质、浓度猝灭现象进行研究。结果表明:3种荧光粉在VUV波段有较好的吸收,基质吸收带位于140～190 nm范围。Ce³⁺在BaCa₂(BO₃)₂的最低4f5d跃迁带位置在360 nm附近,其5d→²F_J(J=5/2, 7/2)发射峰分别位于393,424 nm。Tb³⁺掺杂的样品在172 nm激发下的发射光谱由4个窄带组成,分别对应⁵D₄→⁷F_J(J=3,4,5,6)的跃迁,其中占主导位置的是⁵D₄→⁷F₅的跃迁,大约位于543 nm处,主要为绿光发射。在Ce³⁺,Tb³⁺离子共掺杂的BaCa₂(BO₃)₂光谱中,观察到Ce³⁺-Tb³⁺离子间有能量传递。