光谱学方法研究Tm3+离子的上转换发光影响因素

应用激光光谱学的研究手段和方法,探讨了红色激光抽运Tm3+离子掺杂纳米体系中上转换荧光辐射性质的影响因素.通过变化基质和改变样品的环境温度,研究了声子能量大小对Tm3+离子掺杂纳米体系中上转换效率的影响.结果显示:合适声子能量可以有效提高Tm3+离子蓝色上转换效率.此外,依据声子能量与温度之间的联系,改变样品环境温度可调节低声子基质材料中Tm3+离子激发态能级的布居速率,改变上转换效率.     

调控声子提高Tm3+掺杂体系的频率上转换荧光

应用激光光谱学技术,探讨了Tm³⁺离子掺杂透明氟氧化物玻璃陶瓷体系中声子调控对红色激光抽运荧光辐射性质的影响. 研究了基质结构和样品环境温度与电声子相互作用的联系以及声子变化对于荧光辐射产生的影响. 发现改变基质材料的SiO₂含量能影响蓝色上转换荧光效率. 另外,依据温度与声子能量之间的联系,通过改变样品环境温度可明显调节低声子基质材料中掺杂离子激发态能级的布居速率,改变上转换效率. 关键词： 荧光辐射 声子 无辐射弛豫 荧光寿命     

Tm~(3+)掺杂Ge-Ga-Se玻璃中红外发光特性与多声子弛豫分析

用熔融急冷法制备了系列不同Tm3+掺杂浓度的Ge30Ga5Se65玻璃样品,测试了样品折射率、拉曼光谱、吸收光谱以及800nm激光泵浦下的近红外及中红外波段荧光光谱和荧光寿命。用Judd-Ofelt理论计算了Tm3+在Ge30Ga5Se65玻璃中的强度参数Ωi(i=2,4,6)、自发辐射跃迁概率A、荧光分支比β和辐射寿命τrad等光谱参数。讨论了800nm激光泵浦下掺杂1Wt%Tm3+样品在近红外1.23,1.48和1.8μm处的发光特性及各量子效率,研究了800nm激光泵浦下的样品中红外荧光特性与掺杂浓度之间的关系,计算了常温下该基质玻璃中Tm3+:3H5→3F4跃迁对于3.8μm处的多声子弛豫速率Wmp和Ge30Ga5Se65玻璃基质中多声子弛豫常数W(0)和电子-声子结合常数α值。结果表明Ge30Ga5Se65硒基玻璃较低的声子能量可以大大降低稀土离子能级间跃迁的多声子弛豫概率,从而提高中红外荧光发光效率,因此硒基玻璃作为稀土离子的掺杂基质材料对实现中红外荧光输出是非常有利的。     

Tm3+/Yb3+共掺碲酸盐玻璃的近红外发光及能量传递机理

采用高温熔融法制备了组分为TeO2-ZnO-Na2O的Tm3+离子单掺和Tm3+/Yb3+共掺碲酸盐玻璃,应用Judd-Ofelt理论计算分析了玻璃样品的强度参量Ωt(t=2,4,6),自发辐射跃迁几率A,荧光分支比β和荧光辐射寿命τrad等光谱参量,测量得到了不同Yb3+离子掺杂浓度下玻璃样品的Tm3+离子上转换发光谱.结果显示,在980nm泵浦光激励下玻璃样品发射出强烈的近红外上转换荧光.对Tm3+离子上转换发光分析表明,强烈的Tm3+离子近红外上转换发光主要来自于Yb3+/Yb3+离子间的共振能量传递以及基于单声子和双声子辅助的Yb3+/Tm3+离子间的非共振能量传递过程,并进一步计算得到了声子贡献比和能量传递系数.最后,计算分析了Tm3+∶3 F4→3 H6能级间跃迁的1.8μm波段吸收截面、受激发射截面和增益系数.研究表明,Yb3+/Tm3+共掺TeO2-ZnO-Na2O玻璃可以作为近红外波段固体激光器的潜在增益基质.     

Tm3+/Yb3+/Er3+共掺氟氧硅酸盐玻璃的上转换发光特性

利用熔融法制备了Tm3+/Yb3+/Er3+共掺氟氧硅酸盐玻璃.在980nm LD激发下,研究了Tm3+离子和Er3+离子之间的能量传递和Tm3+离子的上转换荧光,分析了Tm3+离子的上转换机理,发现蓝色上转换荧光是三光子过程对应于1 G4→3 H6的跃迁,而红色上转换荧光是双光子过程对应于1 G4→3 F4的跃迁.比较不同掺杂摩尔分数的样品的荧光强度,发现Tm3+离子的最佳掺杂摩尔分数为0.2%.     

水热法合成纳米晶NaYF_4∶Er~(3+),Tm~(3+),Yb~(3+)的上转换发光特性

以EDTA为络合剂,用水热法合成了Er3+,Tm3+和Yb3+共掺杂的NaYF4纳米晶。XRD和TEM的结果表明:粒径约为30 nm,属于六方晶系。在980 nm半导体激光器激发下,研究了不同Er3+离子掺杂浓度对Tm3+和Er3+离子上转换发光性能的影响,光强与泵浦功率的双对数曲线表明,474,525,539,650 nm的发射均属于双光子过程,408 nm的发射属于三光子过程。讨论了样品的协作敏化和声子辅助共振能量传递的上转换发光机制。     

稀土掺杂材料的上转换发光

稀土掺杂材料的上转换发光是实现光波频率转换的重要途径,也是稀土掺杂发光材料研究的重要内容。本文从介绍与上转换相关的基本概念出发,阐述了稀土离子上转换发光的发展历史;对稀土离子掺杂材料的能量传递、激发态吸收、合作敏化、合作发光、双光子吸收激发及光子吸收雪崩等上转换发光机制进行了概述,并对各机制进行了比较;对不同稀土离子掺杂体系中上转换发光的机制进行了总结;对以往研究的稀土掺杂上转换发光材料的基质,包括粉体材料、晶体材料、非晶材料进行了概括;最后对影响稀土离子上转换发光效率的因素进行了分析,提出了在上转换发光材料的设计中应重点考虑基质对泵浦光及上转换发射光的吸收、基质材料的声子能量、稀土离子的掺杂方案及泵浦途径等因素。     

Ho~(3+)/Yb~(3+)共掺杂玻璃陶瓷50SiO_2-50PbF_2的上转换及中红外发光特性

玻璃陶瓷又称为纳米微晶玻璃,是玻璃基质中包含约10nm的纳米微晶。在稀土掺杂的玻璃陶瓷中,稀土主要掺杂在氟化物纳米晶中。这种材料在发光应用中具有氟化物和氧化物的优点,是上转换发光和中红外发光效率高的基质材料。研究Ho3+/Yb3+共掺杂的玻璃陶瓷(50SiO2-50PbF2-1.0YbF3-0.5HoF3)的上转换和中红外发光性质。玻璃陶瓷吸收光谱的半高宽比玻璃前驱物更窄,而且长波吸收峰的Stark劈裂更加明显,表明稀土离子掺杂在晶体中。通过吸收光谱计算了J-O参数,Ω2值(0.17×10-20 cm2)比氟化物玻璃ZBLA(2.28×10-20 cm2)的低很多。在980nm激光激发下,Ho3+/Yb3+共掺杂的玻璃陶瓷有很强的绿光上转换荧光和蓝光、红光上转换荧光。与玻璃相比,绿光和蓝光光强增强明显,而红光基本不变。玻璃陶瓷中的Ho离子掺杂在声子能量低的PbF2晶体中,低的声子能量使发光能级的无辐射弛豫率降低,从而增加了绿光和蓝光的上转换效率。低的无辐射弛豫率同时也降低了红光上转换中间能级(5 I7)的粒子数布居,因此红光上转换没有增强。在980nm激光激发下Ho3+/Yb3+共掺杂的玻璃陶瓷有很强的2.9μm中红外荧光,而在玻璃前驱物中观察不到中红外荧光。     

TmYb共掺氟氧化物玻璃的间接上转换敏化发光的研究

研究了Tm(0.1)Yb(10.9)氟氧化物玻璃在800nm半导体激光激发下的间接上转换敏化发光现象.通过Tm(0.1)Yb(3)：ZBLAN玻璃和Tm(0.1)Yb(10.9)氟氧化物玻璃中Tm³⁺离子上转换发光的比较研究,发现在间接上转换敏化的情况下,Tm(0.1)Yb(10.9)氟氧化物玻璃中Tm³⁺离子的上转换发光极大地增强,超过了Tm(0.1)Yb(3)：ZBLAN玻璃的水平.说明在此类上转换激发机制下,有着较高的稀土溶解度和较大的截止声子能量的材料可能有最佳的上转换效率,它将可能有比目前最好的ZBLAN材料高许多的上转换发光强度,这对于上转换研究迅速走向实际应用有重大的意义.目前尚未见到其他类似研究报道. 关键词：     

Er~(3+)及Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂纳米晶CaWO_4的发光性质

利用共沉淀法制备了Er3+掺杂及Er3+/Yb3+共掺杂纳米晶CaWO4发光粉体,室温下观察到Er3+的下转换和上转换特征发射。研究了不同煅烧温度、不同掺杂浓度对Er3+离子特征发射的影响。结果表明:随着煅烧温度的升高,发射强度增强;掺杂浓度的改变,导致了Er3+的浓度猝灭现象,其适宜的掺杂原子数分数为0.6%。同时观测到O-W的电荷迁移态与稀土离子之间的能量传递现象,并给出了能量传递的模型。对Er3+的上转换研究观察到:在976nm激光激发下Yb3+对Er3+的上转换发射起到了很好的敏化作用,两个Yb3+同时将能量以共振方式传递给一个Er3+离子,Er3+、Yb3+共掺杂样品的绿光上转换过程展示了双光子过程。