Sb3+对Tb3+激活硅酸盐玻璃发光性能的影响

利用高温熔融法分别制备了Sb3 ,Tb3 单掺和共掺的硅酸盐发光玻璃,并分析了它们的光谱性质。根据对Sb3 和Tb3 掺杂硅酸盐玻璃的激发光谱、发射光谱和发光衰减时间等特性的分析,研究了澄清剂Sb2O3的加入对Tb3 激活硅酸盐玻璃发光性能的影响。结果表明,在紫外光激发下,Tb3 激活硅酸盐玻璃中存在Sb3 离子至Tb3 离子的能量传递,但能量传递效率较低,能量传递表现为Sb3 离子的3P1能级与Tb3 离子的5D3能级之间的能量无辐射共振转移。同时Sb3 离子的加入将在Sb3 离子和Tb3 离子的激发重叠区域(200～350nm)对Tb3 离子的激发产生不小的负面影响,尚不足以通过Sb3 离子至Tb3 离子的能量传递得以弥补。因此在使用Sb2O3作为Tb3 激活硅酸盐发光玻璃的澄清剂时,应当注意权衡Sb3 离子对Tb3 离子发光性能的影响。     

Ce3+ 掺杂高密度氧化物玻璃的闪烁性能研究

用高温熔融法制备了以SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃-Gd₂O₃为基质系统Ce³⁺掺杂的玻璃样品, 测试样品的密度、紫外——可见透射光谱、紫外激发光谱和主要的闪烁性能, 并且把一部分闪烁性能和PbWO晶体及BGO晶体做比较. 着重研究了不同Ce³⁺掺杂浓度与Gd³⁺ 离子的含量对玻璃样品闪烁性能的影响规律. 结果表明: 玻璃样品具有较大的密度; 样品的X射线激发发射光谱发射峰位置都在390 nm左右, 当Ce³⁺ 离子的掺杂浓度为1.0 mol%(摩尔分数)、Gd₂O₃含量为15 mol%时, 玻璃样品的发光峰强度达到BGO晶体发光强度的90%; 同样验证了Ce³⁺ 离子具有浓度猝灭效应; Gd³⁺可以敏化Ce³⁺离子发光, 但是Gd³⁺离子到达一定浓度时, 反而会产生猝灭效应, 降低了Ce³⁺ 离子的发光. Ce³⁺ 离子掺杂SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃-Gd₂O₃系统的闪烁玻璃有望替代闪烁晶体广泛应用于高能物理中.     

Dy3+对Tb3+激活硅酸盐氟氧闪烁玻璃发光性能的影响

采用高温熔融法制备了Dy3+或Tb3+单掺和Dy3+/Tb3+共掺硅酸盐氟氧闪烁玻璃。通过对傅里叶变换红外光谱、透射光谱、光致激发和发射光谱、X射线激发发射光谱及荧光衰减曲线的分析,研究Dy3+与Tb3+之间的能量传递关系以及Dy3+对Tb3+激活硅酸盐氟氧闪烁玻璃发光性能的影响。实验结果表明：Dy3+/Tb3+共掺硅酸盐氟氧闪烁玻璃具有较高的密度和良好的可见区透过率,玻璃的网络结构是由[SiO₄]四面体和[AlO₄]四面体连接构成。在紫外光激发时,Dy3+单掺玻璃的发光源于Dy3+的4F_9/2→6H_15/2(483 nm),6H_13/2(576 nm)的跃迁发射,而Tb3+单掺玻璃的发光则源于Tb3+的5D₄→7F₆(489 nm),7F₅(544 nm),7F₄(586 nm)和7F₆(623 nm)的跃迁发射。对于Dy3+/Tb3+共掺玻璃,发射光谱则主要由Tb3+的荧光发射组成。通过对不同波长紫外光激发的发射光谱分析发现,Dy3+/Tb3+共掺闪烁玻璃中存在多种形式的能量传递。在以Dy3+的特征激发452 nm为激发波长时,Tb3+单掺玻璃的发光很弱。但随着Dy3+的引入,通过4F_9/2(Dy3+)→5D₄(Tb3+)的能量传递,Tb3+发光得到敏化增强。Dy3+/Tb3+共掺玻璃的发光强度随着Dy₂O₃含量的增多而增强,Dy₂O₃含量为1 mol%时达到最大,更高Dy₂O₃含量的样品由于Dy3+的浓度猝灭,减少了向Tb3+的能量传递,发光强度减弱。当激发波长减小到350 nm时,Dy3+和Tb3+均被激发到更高的能级6P_7/2(Dy3+)和5L₉(Tb3+),此时除了4F_9/2(Dy3+)→5D₄(Tb3+)的能量传递外,还出现了5D₄(Tb3+)→4F_9/2(Dy3+)的能量回传。Dy3+掺杂浓度较低时,Dy3+→Tb3+能量传递作用较强,Tb3+发光得到敏化增强。随着Dy₂O₃含量的增多,Tb3+→Dy3+能量传递作用增强。当Dy₂O₃含量超过0.4 mol%时,Tb3+→Dy3+能量传递强于Dy3+→Tb3+能量传递,减少了Tb3+的辐射跃迁发光,因此Dy3+/Tb3+共掺玻璃的发光强度开始减弱。由于Gd3+向Dy3+或Tb3+均可进行有效的能量传递,因此在以Gd3+的特征激发274 nm为激发光时,Dy3+/Tb3+共掺玻璃中出现了Dy3+和Tb3+对Gd3+传递能量的竞争。随着Dy₂O₃含量的增多,Tb3+所获得的能量不断减少,同时伴随着Tb3+→Dy3+能量回传和Dy3+之间的无辐射交叉弛豫作用,Dy3+/Tb3+共掺玻璃的发光强度不断减弱。对Dy3+/Tb3+共掺闪烁玻璃中Tb3+的5D₄→7F₅荧光衰减曲线分析还发现,随着Dy₂O₃含量的增多,Tb3+的荧光寿命从2.24 ms缩短到1.15 ms,曲线从单指数形式变为双指数形式,进一步证明玻璃中存在5D₄(Tb3+)→4F_9/2(Dy3+)的能量回传。X射线激发发射光谱显示,Dy3+的引入对Tb3+激活闪烁玻璃的辐射发光具有很强的负面影响,而这种负面影响不足以通过Dy3+→Tb3+能量传递来弥补,因此Dy3+/Tb3+共掺玻璃的辐射发光强度随着Dy₂O₃含量的增多而不断减弱。由此可见,在Tb3+激活硅酸盐氟氧闪烁玻璃中,不宜将Dy3+作为敏化剂,用于增强Tb3+的发光。     

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.     

Eu^3+激活氟氧硼酸锗酸盐闪烁玻璃的发光性能

采用传统高温熔融法合成了玻璃组成为B2O3-GeO2-15GdF3-(40-x)Gd2O3-xEu2O3(0≤x≤10)的Eu^3+激活氟氧硼酸锗酸盐闪烁玻璃。在硼锗酸盐玻璃基质中,Gd2O3和GdF3稀土试剂的总含量高达55%,从而确保其密度高于6.4 g/cm^3。闪烁玻璃的光学性能通过光学透过光谱、光致发光光谱、X射线激发发射(XEL)光谱和荧光衰减曲线来表征。玻璃中Gd^3+→Eu^3+离子的能量传递通过激发光谱、发射光谱和Gd^3+-Eu^3+离子间距得到证明,同时也确定了在紫外线和X射线激发下Eu^3+激活氟氧硼酸锗酸盐闪烁玻璃的最佳浓度。Judd-Ofelt理论分析了玻璃中Eu―O键的共价性随Eu^3+掺杂浓度增加而显著增强。Eu^3+激活氟氧硼酸锗酸盐闪烁玻璃在80~470 K温度范围内荧光衰减曲线和发射光谱的温度依赖关系最终证实了其具有较好的发光稳定性。     

Tb3+掺杂硅酸盐闪烁玻璃发光特性

对Tb³⁺掺杂的硅酸盐闪烁玻璃进行了研究。对玻璃基质、敏化剂、发光激活剂组分进行了优化,改进了熔制温度、保温时间、气氛等工艺条件。根据氟化物具有较好的稀土可溶性,具有相对较低的声子能量,调整了闪烁玻璃中的氟化物含量。讨论了Tb³⁺离子和Gd³⁺,Dy³⁺离子对闪烁玻璃发光性能的影响。闪烁玻璃样品的激发和发射光谱、光衰减时间谱等结果显示:闪烁玻璃基质中由Gd³⁺和Dy³⁺离子向发光中心Tb³⁺离子的无辐射能量共振转移以及在一定浓度范围内Tb³⁺离子之间的交叉弛豫过程对玻璃的发光性能有重要影响。Tb³⁺离子在一定浓度范围内具有自敏化效应,随着Tb³⁺离子浓度的增加,绿色荧光得到增强,蓝紫色荧光减弱,Tb³⁺掺杂硅酸盐闪烁玻璃的发光性能有明显的提高。     

铈掺杂高钆镥氧化物玻璃制备和光谱性能

实验中采用高温熔融法制备了一系列高钆镥硼硅酸盐新型玻璃体系样品,研究了这种新型玻璃体系的玻璃形成区,测量了样品的玻璃稳定性和密度。结果表明,玻璃体系的玻璃形成区较广,玻璃稳定性良好（析晶温度与转变温度的差为262 ℃）,且玻璃样品的密度达到5 g/cm3。以此种玻璃体系作为基质掺入Ce3+离子,测量其透过光谱、激发光谱、发射光谱、X射线激发发射光谱以及Gd3+离子的衰减时间。结果表明,玻璃的透过性能适合Ce3+离子的掺杂,并且Gd2O3和Lu2O3对闪烁体发光都具有积极的影响,同时研究了Gd3+离子和Ce3+离子的能量传递机理及最佳能量传递掺杂摩尔比。从玻璃的物理性能和光谱性能考虑,这种闪烁玻璃系统具有广泛应用于高能物理材料中的一定潜力。     

Tb~(3+)激活的重金属氧化物闪烁玻璃的发光性能研究

采用高温熔融法制备了不同Ln2O3(Ln=Lu,Y,Gd)情况下Tb3+激活的重金属氧化物闪烁玻璃样品。测试了不同Ln2O3玻璃样品的密度,差热特性,透过、发射和激发光谱。着重研究了玻璃成分中不同稀土氧化物对闪烁玻璃的密度及发光性能的影响规律及机理。结果表明:在含Ln2O3闪烁玻璃中,含Lu2O3硅硼酸盐玻璃的密度最高,接近6g/cm3,发光强度性能最差。含Gd2O3硅硼酸盐玻璃的密度接近含Lu2O3硅硼酸盐玻璃的密度,其发光强度最大。其原因是Gd3+离子能把能量以共振能量传递的形式给Tb3+离子,提高Tb3+离子的发光强度。但当Gd3+离子浓度增大到一定程度时,能量传递的效率却明显减弱。含Gd3+离子的闪烁玻璃密度较高,发光强度大,是一种很有前景的闪烁材料。     

Er3+单掺及Er3+/Yb3+共掺SiO2-Al2O3-La2O3玻璃光谱性质研究

研究了单掺Er³⁺及Er³⁺/Yb³⁺共掺SiO₂-Al₂O₃-La₂O₃玻璃的光谱性质随稀土离子浓度变化规律,应用McCumber理论计算了玻璃在1.53 μm的发射截面及积分吸收截面.结果表明:在Er³⁺离子掺杂浓度相同时,玻璃在980 nm吸收截面与Yb³⁺掺杂浓度成反比;当样品中Yb³⁺离子掺杂浓度为3.94×10²⁰ cm^-3时,玻璃在1.53 μm的吸收截面和发射截面最大,在1.40～1.60 μm积分吸收截面也最大;Er³⁺/Yb³⁺共掺SiO₂-Al₂O₃-La₂O₃玻璃在1.53 μm的荧光半高宽随Er³⁺掺杂浓度升高而增加,当Er³⁺离子掺杂浓度为2.41×10²⁰ cm^-3时,玻璃的荧光半高宽(FWHM)达到52.5 nm.     

Tb3+掺杂硅酸盐玻璃发光性能的浓度依赖关系

 利用高温熔融法制备了不同浓度的Tb³⁺掺杂硅酸盐玻璃,并分别测量了紫外和X射线激发时的发射光谱。光谱结果表明,不同浓度Tb³⁺掺杂硅酸盐玻璃在紫外和X射线激发时发光行为具有相似的浓度依赖关系：低浓度Tb₄O₇掺杂时主要以蓝光(5D₃→⁷FJ)发射为主,而高浓度掺杂时以绿光(⁵D₄→⁷FJ)发射为主。Tb³⁺发光强度与掺杂浓度的关系分析表明,⁵D₃的浓度猝灭是电偶极-电偶极相互作用引起的, 而⁵D₄的浓度猝灭是交换相互作用引起的。     

镱铒共掺硼硅酸盐玻璃可见光波段扎得-奥菲而特理论分析

采用高温烧结工艺制备了多种掺杂浓度的掺铒硼硅酸盐玻璃、镱铒共掺硼硅酸盐玻璃样品.依据扎得-奥菲而特(Judd-Ofelt,J-O)理论计算了三价铒离子扎得-奥菲而特强度参量Ωk(k=2,4,6)和自发辐射寿命、自发辐射跃迁几率、荧光分支比、谱线强度等参量.用麦克库玻(McCumber)理论分析了镱铒共掺硼硅酸盐玻璃铒离子上转换红光(4F9/2→I15/2)、绿光(2>H11/2→I15/2)的受激发射截面.结果表明,随着掺铒硼硅酸盐玻璃中铒离子浓度的增加,扎得-奥菲而特参量Ω2变小;镱铒共掺硼硅酸盐玻璃的Ω2则随掺镱浓度的提高而增大,且高于已有的硅酸盐、氟化物、铋酸盐玻璃的相应值,同时上转换红光和绿光的受激发射截面略有增加.     

Ce~(3+)和Tb~(3+)掺杂钆-钡-硅酸盐闪烁玻璃的发光性能

采用高温熔融法制备Ce~(3+)或Tb~(3+)单掺和Ce~(3+)/Tb~(3+)共掺钆-钡-硅酸盐闪烁玻璃。通过透射光谱、光致激发和发射光谱、X射线激发发射光谱及荧光衰减曲线等手段对其发光性能进行研究。实验结果表明:在紫外光的激发下,Tb~(3+)掺杂闪烁玻璃发出明亮的绿光(544 nm),而Ce~(3+)掺杂闪烁玻璃发出蓝紫光。对于Ce~(3+)/Tb~(3+)共掺闪烁玻璃,在紫外光和X射线激发下均观察到Ce~(3+)离子敏化Tb~(3+)离子发光的现象,这是由于存在Ce~(3+)→Tb~(3+)的能量转移。Ce~(3+)/Tb~(3+)共掺闪烁玻璃的最佳Ce2O3掺杂摩尔分数为0.2%,此时Ce~(3+)离子向Tb~(3+)离子的能量传递效率为45.7%。在X射线激发下,Ce_2O_3摩尔分数为0.2%的Ce~(3+)/Tb~(3+)共掺闪烁玻璃在544 nm处的发光强度是Bi_4Ge_3O_(12)(BGO)闪烁晶体在500 nm处发光强度的4.2倍,积分闪烁效率达到BGO晶体的55.6%,这有利于在高分辨率医学成像中降低辐射剂量。     

掺镱锂硅酸盐玻璃的光谱及离子交换特性分析

采用高温二次化料的方法制备一种多梯度折射率芯光纤所用掺镱锂硅酸盐玻璃,测量了玻璃样品的吸收光谱、荧光光谱和荧光寿命,利用McCumber理论计算了该玻璃系统中镱离子的2F5/2→2I7/2能级跃迁受激发射截面。研究表明锂硅酸盐玻璃中Yb3+在1006nm处的σemi为0.38×10-20 cm2,荧光有效线宽为82.4nm,荧光寿命为1.31ms。在530℃高温硝酸钠熔盐中,对玻璃Li+-Na+离子交换到达中心轴前后制作的梯度折射率透镜的成像和折射率分布特性进行了研究。光谱分析和离子交换实验结果表明,该玻璃是制作梯度折射率光纤的理想材料,可用于多梯度折射率芯光纤的制作,是大模场光纤的候选材料。     

LaOBr:Ce3+,Tb3+中Ce3+与Tb3+间能量传递

本文利用毫微秒技术在ns秒量级测量了不同浓度组分的LaOBr:Ce3+,Tb3+中Ce3+发射带的衰减常数τCe值和时间分辨光谱,确立了Ce3到Tb3+能量传递过程模型,建立了动力学方程和导出能量传递的计算公式。据此计算出Ce3+到Tb3+的能量传递几率和效率,得出Ce3+,Tb3+的最佳浓度。     

Yb3+掺杂的硅酸盐玻璃的物理性质和光谱性质

详细研究了碱金属氧化物 K2 O和 Na2 O、碱土氧化物 Ca O、Sr O、Ba O以及 L a2 O3 、Al2 O3 、B2 O3 氧化物对 Yb3 掺杂的硅酸盐玻璃的性质的影响 ,尤其是对荧光寿命和受激发射截面的影响。考虑了荧光捕获效应对测量寿命的影响 ,对高浓度掺杂 Yb3 的玻璃中的寿命猝灭现象作出了解释 ,在所研究的硅酸盐玻璃中获得了较长荧光寿命和较大的受激发射截面。     

High pressure effect on structural and spectroscopic properties of Sm3+-doped alkali silicate glasses

Structural and spectroscopic properties of Sm³⁺-doped alkali silicate glasses were investigated after densification at 7.7?GPa in a large volume high pressure apparatus. The glass composition was 33M₂O?+?66SiO₂?+?1Sm₂O₃, where M?=?Li, Na or K. Raman and infrared spectroscopy revealed small changes in the vibrational modes dependent on the alkali ion. Irreversible changes were observed in the optical absorption spectra of Sm³⁺ ions. The Judd–Ofelt parameters were calculated to evaluate the effect of pressure on the local field. For lithium silicate, Ω₂ parameter increased, suggesting the densification increased the local asymmetry of the Sm³⁺ environment. For sodium silicate, this parameter decreased considerably, suggesting the opposite effect on the local field, while for potassium silicate, it remained practically unchanged. The changes induced by high pressure are probably due to the irreversible changes in the distances and bond angles between the rare earth ion and the ligands.     

Tb3+掺杂锂铝硅酸盐玻璃的光致发光和辐照致发光

采用熔融-淬冷法制备了Tb3+掺杂锂铝硅酸盐闪烁玻璃,用紫外激发光谱、发射光谱及荧光寿命表征了光致发光性能,用X射线和阴极射线激发测试了辐射致发光性能。研究结果表明：低Tb3+掺杂浓度时,随着其浓度增大,Tb3+间的交叉弛豫增加导致了5D₃→7F_j跃迁的能量逐渐向5D₄→7F_j迁移转变,5D₃激发态的荧光寿命和发射强度均明显下降,5D₄-7F_j发射强度逐渐增大。较高Tb3+浓度时,其浓度继续增加会提升非辐射比例,是荧光寿命降低和荧光猝灭的最主要原因。比较光致发光和辐照致发光性能,发现随着激发源的能量上升,会增加激发态5D₃能级向5D₄能级的能量转移,同时,由于玻璃的密度低会导致辐照致发光效率随激发源的能量上升而下降。