磷酸盐、氟磷酸盐和氟化物玻璃中离子的光谱和波谱研究Ⅱ:Mn~(2+)、Fe~(3+)

在前文[Ⅰ]的基础上对Mn~(2+)的吸收光谱和荧光光谱进行了研究。结合ESR实验结果,分析了Mn~(2+)的配位状况,认为在这三种玻璃中,Mn~(2+)都处于八面体配位中。理论计算与实验结果相符。对以Fe~(3+),Fe~(2+)两种稳定价态存在的铁离子吸收光谱进行了研究。结合其ESR波谱,认为Fe~(3+)也处于八面体中.     

磷酸盐、氟磷酸盐和氟化物玻璃中离子的光谱研究I:Cr~(3+),Mo~(3+)

在三种掺Cr~(3+)的玻璃中作了吸收光谱,荧光光谱和荧光寿命的测定。根据配位场理论对光谱数据作了分析和计算,理论值与实验值相符合。实验还发现从磷酸盐玻璃→氟磷酸盐玻璃→氟化物玻璃的静电参量B值依次序上升。反映了中心过渡金属离子与配位体之间化学键的共价性降低,离子性增加。相应的吸收和荧光峰值位置向短波方向移动。同时荧光强度增加,荧光寿命延长,温度猝灭减弱。说明无辐射跃迁几率降低。本文还对磷酸盐玻璃中Mo~(3+)的吸收光谱和荧光光谱作了研究报道。与Cr~(3+)相比,Mo~(3+)的配位场强D_q要大得多,Cr~(3+)的近红外发光是属于4~T_(2g)→~4A_(2g),而Mo~(3+)则是~E→~4A_(2g)的发射。     

氟化物、氟磷酸盐和磷酸盐玻璃中Er3+离子的发光研究

测定了氟化物、氟磷酸盐和磷酸盐玻璃中Er³⁺离子的吸收、荧光和激发光谱,解释了基质玻璃对Er³⁺离子发光的影响。进一步研究了在这三种基质玻璃中Er³⁺离子发光的浓度效应和温度效应,讨论了Er³⁺离子内和离子间的能量转移过程。 关键词：     

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。     

Yb~(3+)/Er~(3+)掺杂氟氧化物微晶玻璃的制备与发光性能

采用高温熔融法制备了Yb3+/Er3+掺杂的氟氧化物发光微晶玻璃,确定了最佳熔化温度(1 100℃)和退火温度(440℃,480℃)。测定得到基质玻璃的透过率为85%,掺入稀土后,透过率有所下降,并出现了稀土离子的特征吸收峰。980 nm半导体激光器(LD)激发下样品的上转换发射光谱存在4个明显的发射峰,分别为410,532,546和656 nm,对应于2H9/2→4I15/2,2H11/2→4I15/2,4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2跃迁。研究了不同Yb3+/Er3+(摩尔分数)和Er3+浓度对上转换发光强度的影响,当Yb3+∶Er3+=4∶1、Er3+摩尔分数为1.5%时,上转换发光强度达到最高。根据发光强度与泵浦功率之间的关系,确定了上转换发射均为双光子过程。讨论了Yb3+,Er3+离子间的能量传递,建立了上转换发光机制。     

Er~(3+)浓度对Er~(3+)/Yb~(3+)共掺氟氧化物玻璃陶瓷上下转换发光的调控(英文)

在980nm激光激发下,Er3+/Yb3+共掺的发光材料既可以在可见光范围产生上转换发光,也可以在近红外波段产生下转换发光,二者存在竞争关系。本文利用熔融淬火法制备了一系列掺杂不同Er3+/Yb3+浓度的氟氧化物玻璃陶瓷,测量了样品在980 nm激光激发下的上转换及下转换发射光谱。研究发现,改变Er3+的掺杂浓度可以调控上下转换的发光强度。在此基础上,提出了上下转换发光的能量传递模型。本文的研究结果有利于该类材料在不同领域中的应用。     

磷酸盐玻璃中Ce~(3+)、Tb~(3+)、Tm~(3+)的荧光光谱

在80～300K温度范围内,定量地测出了磷酸盐玻璃中Tb~(3+)、Tm~(3+)、Ce~(3+)的荧光光谱。用短脉冲光泵浦单掺或双掺玻璃样品,测出了稀土离子的时间分辨光谱,并进行了详细讨论。     

磷酸盐玻璃中Cu离子的发光

对掺铜0.2～1.0wt%三种含不同Cu~+离子浓度的磷酸盐玻璃,在室温和77K下作了时间分辨萤光光谱和萤光寿命的测定。用紫外220nm或320nm激发,在不同Cu~_+离子浓度时,光谱性质都不一样。室温下220nm激发时,谱线较宽。并随延迟时间增加,谱线移向长波,线宽增加。320nm激发时,谱线无变化。低温下谱线的变化速率较慢。另外,在Cu~+离子浓度增加时,谱线的变化趋势不尽相同,且变化速率和幅度均增加。 萤光寿命的测定结果显示激发态离子的衰减速率与发射波长有关。发射波长愈短,衰减愈快。低温下衰减速率随发射波长的变化比室温下更甚。 本文用能量转移机理解释了实验现象。认为声子支助的离子-离子相互作用,使激发从高能隙格位迁移到低能隙格位。     

磷酸盐、氟磷酸盐和氟化物玻璃中过渡金属离子的顺磁共振研究(Ⅰ) Cr~(3 ),Mo~(3 )

本文研究了磷酸盐、氟磷酸盐和氟化物玻璃中Cr~(3 )的顺磁共振(以下简称ESR),从自旋哈密顿出发计算了Cr~(3 )的有效g因子,指出低场谱线主要起源于两个Kramers双重态之间的跃迁,确定了自旋哈密顿参数:D=0.15—0.4cm~(-1),E/D=0.15—0.3,零场分裂为0.3—0.8cm~(-1),本文还报道了磷酸盐玻璃中Mo~(3 )的ESR。     

氟化物对Er~(3+)/Yb~(3+)共掺的碲酸盐玻璃上转换和红外发光性能的影响

Er3+/Yb3+共掺的碲酸盐玻璃由于其良好的上转换发光性能而得到广泛的研究。本文将氟化物引入碲酸盐玻璃中,通过熔融法制备了量比为70TeO2-(30-x)ZnO-xZnF2-0.15Er2O3-1.5Yb2O3(x=0,5,10,15,20)的碲酸盐氧氟玻璃样品,并测试其热稳定性、拉曼光谱以及受激发射光谱。实验结果表明,随着氟化物含量的提高,Er3+离子的410,555,670 nm上转换发光和2~3μm波段中红外发光得到增强,并且红光提高强度比绿光和蓝光更明显。在分析了氟离子引入后对上转换与近中红外波段发光的内在影响机制发现:碲酸盐玻璃系统中的氟化物一方面促进能量传递过程中Er3+离子的双光子吸收,促进粒子跃迁至相应的高能级;另一方面,引入氟化物后的碲酸盐玻璃的最大能量声子态密度下降也是降低无辐射跃迁概率、提高上转换和中红外发射强度的重要原因。     

纳米相氟氧化物玻璃陶瓷中Er~(3+)Yb~(3+)离子对的量子剪裁发光造成的强的光谱调制（英文）

研究了纳米相氟氧化物玻璃陶瓷中Er~(3+)Yb~(3+)离子对的量子剪裁发光造成的强的光谱调制现象。测量了Er~(3+)Yb~(3+)双掺纳米相氟氧化物玻璃陶瓷的X射线衍射谱、表面形貌、激发光谱、吸收光谱、和发光光谱;而且也与Tb~(3+)Yb~(3+)双掺纳米相氟氧化物玻璃陶瓷的相对应的光谱参数进行了比较。发现378nm光激发样品(A)Er(1%)Yb(8.0%)∶FOV和样品(B)Er(0.5%)Yb(3.0%)∶FOV所导致的652.0nm红色发光强度为522nm光激发时的680.85倍和303.80倍;我们还发现378nm光激发所导致的样品(A)Er(1%)Yb(8.0%)∶FOV和样品(B)Er(0.5%)Yb(3.0%)∶FOV的652.0nm红色发光强度为样品(C)Er(0.5%)∶FOV的491.05和184.12倍。我们还发现在378nm光激发时的样品(A)Er(1%)Yb(8.0%)∶FOV和样品(B)Er(0.5%)Yb(3.0%)∶FOV的{978.0和1 012.0nm}红外发光强度依次分别为样品(C)Er(0.5%)∶FOV的{58.00和293.62}倍和{25.11和67.50}倍。更进一步,对于652.0nm波长发光的激发谱,发现(A)Er(1%)Yb(8.0%)∶FOV和(B)Er(0.5%)Yb(3.0%)∶FOV的378.5nm激发谱峰强度是(C)Er(0.5%)∶FOV的大约606.02和199.83倍。同时,也发现样品(A)Er(1%)Yb(8.0%)∶FOV和样品(B)Er(0.5%)Yb(3.0%)∶FOV的一级量子剪裁红外1 012或978nm发光强度为样品(D)Tb(0.7%)Yb(5.0%)∶FOV的二级量子剪裁红外976nm发光强度的101.38和29.19倍。发现的该量子剪裁是目前所报道的最强的量子剪裁。因此,相信所发现的氟氧化物纳米玻璃陶瓷中Er~(3+)Yb~(3+)离子对的一级量子剪裁发光是强的可以作为量子剪裁层应用到提高晶硅太阳能电池的发电效率。研究结果也能加速对目前国际热点的下一代环保的光谱调制太阳能电池的探索。     

Tm~(3+)和Ho~(3+)双掺氟锗酸盐玻璃的中红外发光性质

用高温熔融法制备了Tm3+和Ho3+离子双掺的65GeO2-12AlF3-10BaF2-8Li2O-5La2O3氟锗酸盐玻璃.应用Judd-Ofelt理论,获得了Ho3+离子的强度参量(Ω2,Ω4,Ω6),自发辐射跃迁几率Ar,辐射寿命τ等光谱参量.根据McCumber理论,计算了玻璃中Tm3+和Ho3+离子的吸收截面σa、受激发射截面σe和增益光谱G(λ).在808nm激光二极管激发下,研究分析了Tm3+离子的交叉弛豫过程和Tm3+敏化Ho3+离子的2.0μm的红外发射光谱.结果表明,一定浓度Ho3+的共掺提高了Tm3+(3F4)→Ho3+(5I7)之间的能量转移效率,增强了~2.0μm的红外发光.     

Er~(3+)、Pr~(3+)共掺杂AlN薄膜的发光特性和能量传递机理

采用离子注入的方法在氮化铝(AlN)薄膜中实现Er~(3+)和Pr~(3+)的共掺杂,以阴极荧光光谱仪为主要表征手段,对其发光特性进行研究.对于Er~(3+)单掺杂的AlN薄膜,在410nm和480nm可以观察到Er~(3+)较强的发光峰,在537nm、560nm、771nm和819nm可观察到Er~(3+)的较弱的发光峰;对于Pr~(3+)单掺杂的AlN薄膜,Pr~(3+)的最强发光峰位于528nm,在657nm和675nm可以观察到Pr~(3+)的较弱的发光峰;而对于Er~(3+)和Pr~(3+)共掺杂的AlN薄膜,在494nm观察到与Pr~(3+)相关的新跃迁峰.根据实验现象,对AlN薄膜中Er~(3+)和Pr~(3+)之间的能量传递机制进行了深入分析,结果表明Er~(3+)的4F7/2→4I15/2能级跃迁与Pr~(3+)的3P0→3H4能级跃迁之间发生了共振能量传递,从而使Pr~(3+)产生了494nm新的发光峰.     

镧磷酸盐玻璃中Eu~(3+)离子的激光选位光谱研究

利用FLN技术,测定了Eu~(3+)离子在镧磷酸盐玻璃中的选位光谱。激发源为闪光灯泵可调谐若丹明染科激光器。在实验中得到了四种主要的具有残留不均匀增宽的选位光谱。做了这些选位光谱与在77K测定的~5D_o～~7F_1跃迁的常规光谱轮廓之间的拟合,得到了满意的结果。     

用锥光纤微球研究Er~(3+)/Yb~(3+)共掺氟氧玻璃陶瓷的发光特性

采用高温煅烧法制备了Er3+/Yb3+共掺的氟氧玻璃陶瓷新材料(41.2SiO2-29.4Al2O3-17.6Na2CO3-11.8LaF3-0.5ErF3-2.5YbF3),并制作了透明带柄微球.提出了用锥光纤微球耦合系统研究Er3+/Yb3+共掺的氟氧玻璃陶瓷材料发光特性的新方法.它具有所需激发光功率低、制备简便和便于测试的特点.用锥光纤作为耦合器将976 nm激光高效耦合入微球,并将产生的荧光和激光耦合出微球输到光谱分析仪,测量到了强的522,545和657 nm上转换荧光,也测到Er3+产生的1562 nm激光振荡光谱图.分析了Er3+/Yb3+共掺氟氧玻璃陶瓷微球中Er3+上转换发光的机理、发光效率高的机理,分析了在氟氧玻璃陶瓷微球中产生激光振荡阈值比在SiO2基质微球中高的机理.     

ZnSe中Er~(3+)的光致发光和场致发光光谱比较

本文比较了 ZnSe中 Er~(3+)的光致发光和场致发光光谱。并确认,各种发射位置起源不同。对场致发光已观测到两种类型的希土位置,而光致发光却有六种。讨论了各种位置的缺陷结构。     

Er~(3+)掺杂Ge-Ga-S-KBr硫卤玻璃的中红外发光和多声子弛豫的研究

为了获得能输出中红外荧光的理想基质玻璃,用熔融急冷法制备了系列不同Er3+离子掺杂浓度的Ge-Ga-S-KBr硫卤玻璃,测试了样品折射率、吸收光谱、中红外荧光光谱.通过吸收光谱计算了Er3+离子吸收谱线的振子强度,应用Judd-Ofelt理论计算分析了Er3+离子在Ge-Ga-S-KBr硫卤玻璃中的强度参量Ωi(i=2,4,6)、自发辐射跃迁几率A、荧光分支比β等光谱参量.研究了808nm激光抽运下样品中红外荧光特性与掺杂浓度之间变化关系,并用Futchbauer-Ladenburg公式分别计算了2.8μm处的受激发射截面.结果表明,在808nm激光抽运下观察到了2.8μm中红外荧光,对应于Er3+:4I11/2→4I13/2跃迁,当Er3+离子掺杂浓度从0.4wt%增加到1.0wt%时,中红外荧光强度相应增加,计算的Er3+:4I11/2能级的多声子驰豫速率为37s-1.     

Er~(3+)∶YVO_4中Er~(3+)的光谱参数计算

根据掺杂Er3+(0.5%)的YVO4样品的吸收光谱,用Jubb—Ofelt理论拟合出唯象强度参量Ωλ,并由此计算了激发能级的振子强度、自发辐射跃迁速率、荧光分支比和积分发射截面等光谱参量。并根据这些光学参量,分析了Er3+∶YVO4晶体的应用价值。其中,特别是4I13/2→4I15/2,2H11/2→4I15/2,4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2等几个强发光能级具有较大的振子强度(大于10-6)和积分发射截面(大于10-18cm),分别分析了它们的应用前景,因此非常值得关注。并且,本文结果和Capobianco等所报道的Er3+(2.5 mol%)∶YVO4晶体强度参量结果很相近。而且,通过比较掺Er3+钒酸钇晶体和掺Er3+其他晶体的光学性能,可以看出钒酸钇晶体作为激光晶体的优点。最后,还根据Er3+在晶体中的对称性,利用群论讨论了Er3+在YVO4晶场中各能级的劈裂情况。     

掺Er~(3+)离子玻璃作为室温激光工作物质的分析

本文计算了玻璃中Er~(3+)离子的受激发射截面、量子效率,分析了其泵浦特性,估计了掺Er~(3+)离子玻璃得到激光振荡的能力,确定出合适的基质玻璃系统。     

晶粒尺寸调控Er~(3+)掺杂微晶玻璃上转换发光颜色的研究

首先,使用高温熔融冷却技术,制备了不同掺入比例的NaF,YF_3玻璃样品。然后将退火后的玻璃样品切割加工成15mm×15mm×3mm,实施抛光处理。最后,通过差热分析确定玻璃转变温度Tg、第一析晶峰Tx和玻璃整体析晶峰Tc等特征温度。将样品在600℃下热处理2h后,在玻璃样品中成功的析出了不同晶粒尺寸的NaYF4微晶。对样品进行了XRD,TEM和EDX的分析,可以确定不同样品中晶粒的尺寸与分布。结合样品荧光光谱和吸收光谱的分析,探讨了Er~(3+)在不同晶粒尺寸样品中的上转换发光特征,当晶粒尺寸由大变小时,Er~(3+)逐渐由红光发射转向绿光发射。通过析晶活化能的分析,确定了NaF可以改善玻璃网络结构,当NaF含量降低时,可以提高玻璃网络结构的完整性,增加玻璃样品的析晶活化能,降低了微晶玻璃样品的析晶能力,进而对微晶玻璃样品内微晶尺寸起到调节作用。因此:当样品中NaF含量较高时,晶粒尺寸较大,晶粒中的Er~(3+)浓度较高,使得Er~(3+)-Er~(3+)之间的交叉驰豫作用增强,导致Er~(3+)红光发射较强;相对应地,NaF含量较低时,晶粒尺寸较小,晶粒中Er~(3+)浓度较低及交叉弛豫减弱,因此,Er~(3+)绿光发射增强。通过改变玻璃组分,调节微晶玻璃中晶粒尺寸,实现了对Er~(3+)在微晶玻璃中发光颜色的调控。