Tm~(3+)/Yb~(3+)共掺氟氧化物碲酸盐玻璃的上转换发光及光学温度传感

采用高温熔融淬火法成功的合成了Tm~(3+)/Yb~(3+)共掺杂的含有不同浓度Tm~(3+)的氟氧化物碲酸盐玻璃.测量了样品的吸收光谱,结果表明Yb~(3+)和Tm~(3+)成功掺入到玻璃基质中.在980nm激发下,样品在801nm(3H4→3H6)发射最强,在476nm(1G4→3H6)和651nm(1G4→3F4)发射较弱;分析了上转换发光强度与Tm~(3+)浓度依赖关系,确定了上转换发光的最佳掺杂浓度为0.1%Tm2O3;探讨Tm~(3+)的上转换发光机理和Tm~(3+)的浓度猝灭机理,结果表明在980nm激发下Tm~(3+)获得的能量主要来自于Yb~(3+)→Tm~(3+)的量传递,Tm~(3+)的浓度猝灭机理为Tm~(3+)-Tm~(3+)之间的交叉弛豫导致的无辐射能量传递,根据能量匹配的原则,给出可能的交叉弛豫通道.此外,在980nm激发以3F2,3和3H4作为热耦合能级研究分析了Tm~(3+)在氟氧化物碲酸盐玻璃中的温度传感性能,结果表明灵敏度随温度的升高而升高,说明Tm~(3+)掺杂的氟氧化物碲酸盐玻璃可以作为光纤传感材料,且在高温灵敏度更佳.     

Spectroscopic Properties and Energy Transfers in Tm3+ and Yb3+/Tm3+ Doped Fluoroaluminate Glass

The mechanisms of Tm3+ →Tm3+ and Yb3+ Tm3+ energy transfers and fluorescence properties have been investigated in both Tm3+ and Yb3+/Tm3+ AYF glasses. The cross-relaxation process, 3F4 + 3H6 → 23H4, is proved, which makes the optimum Tm3+ concentration of 1.77 μm fluorescence(3H4 → 3H6) much higher than 1.45 μm fluorescence (3F4 → 3H4) in Tm3+ :AYF glasses. In Yb3+/Tm3+ :AYF glasses, the stronger concentration quenching of 476 nm emission than 797 nm emission is found under the 970 nm-excitation. The optimum concentration of Tma+ for 476 nm and 797 nm emission were about 0.1 mol-％ and 0.3～0.5 mol-％, respectively. The concentration quenching of Yba+ to upconversion fluorescence was also observed.     

Energy transfer and mid-infrared luminescence properties of Tm3+ /Dy3+ codoped chalcohalide glasses

A series of chalcohalide glasses based on the composition 0.9 (Ge25 Ga5 S70)-0.1CsI doped with the different Tm3+ / Dy3+ ions ratio were synthesized by melt-quenching technique. The absorption spectra, and mid-infrared fluorescence of different glass samples under 800 nm laser excitation were measured. The results prove that, Tm3+ is an efficient sensitizer, which can enhance the Dy3+ : 2.9 microm fluorescence intensity significantly. A decrease in the intensity of 1.8 microm fluorescence and lifetimes of the Tm3+ : (3)F4 level occurred with increasing the concentration of Dy3+ ions from 0 to 1 Wt% where Tm3+ concentration was fixed to 0.5 Wt%. Also a wide spectral overlap between Tm+ : 1.8 microm emission and the absorption of Dy3+ : 6 H(15/2) --> (6)H(11/2) showed that the effective energy transfer between the two rare-earth ions was mainly attributed to the resonance energy from Tm3+: (3)F4 to Dy(3)+ : (6)H(11/2) level.     

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.     

YLiF4: Er3+, Tm3+, Yb3+中Tm3+浓度对上转换发光的影响

利用水热法合成了YLiF4: Er3 , Tm3 , Yb3 , 其中Er3 和Yb3 的浓度保持固定不变, 分别为1 mol%和1.5 mol%, Tm3 浓度变化范围是2 mol%～8 mol%. 在这种共掺杂体系中, 同时观察到了Er3 , Tm3 和Yb3 的吸收, 且Tm3 的吸收随着其浓度的增强而增强. 在980 nm光的激发下, 当Tm3 浓度很小时, 这种材料的上转换发光为白光. 其中蓝光主要来源于Tm3 的激发态1G4到基态3H6的跃迁, 绿光来源于Er3 的4S3/2和2H11/2到基态4I15/2的跃迁, 红光既来源于Tm3 的1G4→3F4的跃迁, 也来源于Er3 的4F9/2→4I15/2的跃迁. 并且这种上转换发光强度随着Tm3 浓度的增强而降低, 但对应不同能级跃迁的发光强度降低的幅度不同, 这是因为Er3 和Tm3 之间的相互作用.     

Tm3+掺杂SiO2-Al2O3-PbF2-AlF3玻璃的光谱特性

用高温熔融法制备了不同Tm3 摩尔分数掺杂的摩尔分数比为0.3(SiO2)…0.1(Al2O3)…0.1(AlF3)…0.5(PbF2)…x(Tm2O3)(摩尔分数x=0.5%,1.0%,2.0%,3.0%)玻璃。从吸收光谱特性出发,应用Judd-Ofelt理论,计算得到了Tm3 的J-O强度参量(Ω2,Ω4,Ω6)及Tm3 各激发能级的自发辐射跃迁概率、荧光分支比以及辐射寿命等光谱参量。在808nm波长的激光二极管激发下,研究了不同Tm3 掺杂摩尔分数下玻璃在约1.47μm与约1.8μm处的荧光特性,在掺杂摩尔分数约达到2.0%时,在1.8μm处的荧光强度达最大,然后随着掺杂摩尔分数的增大,其荧光强度反而降低。作者从Tm3 的交叉弛豫与摩尔分数猝灭效应解释了这一荧光强度变化的规律,同时,根据McCumber理论计算了Tm3 跃迁3H6→3F4的吸收截面和跃迁3F4→3H6的受激发射截面。     

Sr3Gd(PO4)3:Tm3+的真空紫外光谱特性

研究了Sr3Gd(PO4)3 : Tm3 和GdPO4 : Tm3 样品的结构特性、光谱特性.GdPO4 : Tm3 为单斜晶系,基质掺入铥离子后结构没有明显变化.GdPO4:Tm3 在164和210 nm附近有强烈的吸收峰.位于164 nm附近的强烈的吸收峰是归因于基质的吸收引起,210 nm附近的吸收峰则归因于Gd 的8S7/2-6GJ的能级跃迁.在164 nm真空紫外光激发下,样品于453及363 nm处有较强的发射峰,发射主峰位于453nm,属于Tm3 的1D2→3H4(22,123 cm-1)跃迁的典型发射.由于阳离子质量的不同,Sr3Gd(PO4)3:Tm3 在166 nm附近的激发峰高于GdPO4: Tm3 的同位置的激发峰,其在363 nm处的发射有明显减弱,而在453 nm处的蓝色发射有显著的增强.     

Yb3+/Ho3+/Tm3+共掺碲酸盐玻璃的上转换白光发射及其机理研究

采用高温熔融法分别制备了Yb3+/Ho3+,Yb3+/Tm3+和Yb3+/Ho3+/Tm3+共掺的碲酸盐玻璃。在980nm红外激光激发下,Yb3+/Ho3+/Tm3+共掺的玻璃样品显示了强的蓝光、绿光和红光发射,分别对应于Tm3+的1 G4→3 H6跃迁、Ho3+的5 F4(5 S2)→5I 8跃迁以及Ho3+的5 F5→5I 8和Tm3+的1 G4→3 F4跃迁。通过对比发现,Yb3+/Ho3+/Tm3+共掺样品中的红、绿光积分发射强度比值(3.95)明显大于Yb3+/Ho3+共掺样品(1.69),这是由于Ho3+和Tm3+间存在交叉弛豫过程3 H4(Tm3+)+5I 6(Ho3+)→3 F4(Tm3+)+5 F5(Ho3+)和3 F4(Tm3+)+5I 8(Ho3+)→3 H6(Tm3+)+5I 7(Ho3+)所致。在激发功率密度为8.2 W.cm-2时,Yb3+/Ho3+/Tm3+共掺样品的上转换发光色坐标值为x=0.345,y=0.338,非常接近于等能白光(x=0.333,y=0.333)。     

Tm3+离子在钨酸锌单晶中的光谱特征

采用丘克拉斯基法生长出一系列ZnWO4:Tm3 单晶 ,Tm3 浓度x =0 1 ,0 3,0 5 ,0 7和 1 0mol%。用 80 7nmLD激发 ,观察到 4 86和 6 95nm的上转换发光 ,分别相应于 1 G4→ 3 H6和3 F3 → 3 H6的跃迁 ,发光强度与泵浦光功率成双对数关系 ,其指数分别为 0 8和 1 1次方关系。     

Spectroscopic Properties and Energy Transfers in Tm ~(3 ) and Yb~( 3 )/Tm ~( 3 ) Doped Fluoroaluminate Glass

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｔｈｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ1 Ｇ4→ 3Ｈ6 (4 80ｎｍ)ｏｆＴｍ3 ｉｓｉｎｔｈｅｉｎｔｅｒｅｓｔｉｎｇｂｌｕｅｒｅｇｉｏｎ .Ｔｈｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ3Ｆ4→ 3Ｈ4(～ 1.45 μｍ)ｏｆＴｍ3 ｅｘｈｉｂｉｔｓｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅｏｖｅｒｌａｐｗｉｔｈａｎａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｂａｎｄｏｆＨ2 Ｏ ,ｓｏｉｔｃａｎｂｅａｐｐｌｉｅｄａｓａｕｓｅｆｕｌｓｏｕｒｃｅｆｏｒｗａｔｅｒｏｒｈｕｍｉｄｉｔｙｓｅｎｓｉｎｇ[1 ] .Ａｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ 1.45 μｍＴｍ3 ｄｏｐｅｄｆｉｂｅｒｌａｓ…     

ZBLAN玻璃中Nd~(3+),Tm~(3+),Yb~(3+)的上转换发光特性

采用高温固相法制备了Nd,Tm和Yb掺杂的ZBLAN玻璃上转换材料.Tm3+,Yb3+的摩尔浓度分别固定为0.01%,0.3%,Nd3+摩尔浓度变化范围为0.1%～2%.在室温下,测试了样品在300～1 000nm间的吸收光谱.在798 nm近红外光激发下,测试了样品的上转换光谱.实验发现,样品在798 nm红外光激发下发出了较强的多波段(红,蓝和绿)的可见光.由上转换可见光各波段的发射谱线,给出了能级跃迁机制.蓝光主要来源于Tm3+的激发态1G4到基态3H6的跃迁,绿光来源于Nd3+的2H7/2到基态4I9/2的跃迁,红光来源于Nd3+的2H11/2到基态4i9/2的跃迁.研究发现,在Nd3+,Tm3+,Yb3+:ZBLAN玻璃样品中存在激发态吸收,能最转移和交叉弛豫等上转换过程.其发光机理是Nd3+,TM3+和Yb3+离子之间的能量转移.根据Nd3+摩尔浓度不同其上转换发光强度不同,分析了掺入稀土的浓度对上转换发光效率的影响.当Nd3+浓度为1.5%(摩尔分数)时上转换发光最强,大于1.5%后发光开始减弱.     

970 nm抽运下Tm3+/Yb3+共掺氧氟玻璃的频率上转换发光

稀土离子掺杂的氧氟玻璃是一种新型上转换发光材料。制备了Tm^3／Yb^3＋单掺、共掺的摩尔分数为n（SiO2）-0．30,n（PbF2）-0．50,n=（Al2O3）=0．15,n（AlF3）=（0．049-x）,n（TmF3）=y,n（YbF3）=x（x=0,0．001,0．010,0．015,0．020,y=0,0．001）系统氧氟玻璃,研究了其上转换发光特性、分析了其上转换发光机理。研究发现,在970nm抽运光源激发下,Tm^3＋单掺时没有可见光上转换发射;而加入Yb^3＋后产生了强的蓝光（452nm,476nm）、红光（647nm）及近红外光（791nm）发射,分别对应如下辐射跃迁：^1D2→^3F4、^1G4→^3H6、^1G4→^3F4和^3H4→^3H6;且随着Yb^3＋离子浓度的增加上转换发光增强。在970nm光源抽运下用Yb^3＋敏化Tm^3＋可以显著提高其上转换发光强度,且随着Yb^3＋离子浓度的增加,增强了对抽运光源的吸收并提高了Yb^3＋到T^3＋”的能量转移几率,从而增强了上转换发光强度。     

Yb3+敏化Tm3+掺杂氧卤碲酸盐玻璃的上转换发光研究

研究了Yb2O3浓度对Tm3 /Yb3 共掺氧卤碲酸盐玻璃的上转换发光的影响,分析了上转换发光机理。结果发现,通过980 nm的激光二极管激发,在室温下同时观察到强烈的蓝光(475 nm)和微弱的红光(649 nm),分别是由于Tm3 离子1G4→3H6和1G4→3F4跃迁产生的;上转换机理分析表明,上转换蓝光和红光都是由于双光子吸收过程。随Yb2O3浓度增加,Yb3 离子寿命降低,Yb3 到Tm3 的能量转移效率增加,上转换蓝光和红光强度先增加,在Yb2O3摩尔比为3时达到最大,然后降低。分析认为,Yb3 的浓度猝灭主要是由于3H4(Tm3 )→2F5/2(Yb3 )反向能量转移的结果。结果表明Yb3 敏化Tm3 掺杂氧卤碲酸盐玻璃是一种上转换蓝光激光器的潜在基质材料。     

The Study on the Interaction between Tm3+ and Tb3+ Rare Earth Ions in YVO4 Crystal

In this paper the measurement result of transmission spectrum of Tb,Tm∶YVO4 is presented. The intensity Ωt, the probabilities of radiating transition, non-radiating transition, the cross-relaxation and the lifetimes of Tm3+ ions at 3H4 and 3F4 levels are calculated. The results show that when the concentration of Tm3+ ions >1.2 at.-%, the fluorescent lifetime of upper level 3H4 is shorter than that of lower level 3F4 due to the interaction between Tm3+ and Tb3+ ions, thus the lasing self-termination at ～1.5 μm can be eliminated.     

氟氧化物玻璃陶瓷中高效低阈值的红色上转换发光现象

本文报道了一种Er3 + 和Tm3 + 共掺杂新的氟氧化物玻璃陶瓷材料中高效低阈值的红色上转换发光现象。材料组份为 6 5GeO2 2 5NaF 8 5BaF 0 5Tm2 O3 1Er2 O3 (mol% ) ,文中给出了样品的制备方法。在 978nmLD激发下 ,观察到了非常强的红色上转换发光。据我们所知 ,在如此低的Er3 + 和Tm3 + 掺杂浓度下实现了如此之强的红色上转换发光 ,文献中未见报道 ;更令人惊奇的是在 2 0 0mA工作电流 (此时功率为 3 5mW )LD激发下 ,激发的功率密度为 170mW·cm-2 ,其红色光仍裸眼可见。讨论了这种高效低阈值上转换发光的机理。研究了LD的工作电流与上转换发光强度的关系     

Yb~(3+)/Tm~(3+)共掺的硅酸盐玻璃上转换发光性能

采用高温熔融法制备了掺杂不同比例Yb~(3+)和Tm~(3+)的硅酸盐玻璃。吸收光谱表明,Yb~(3+)和Tm~(3+)在300~1 100 nm的吸收过程彼此不干扰。研究了玻璃样品在980 nm LD泵浦下的上转换发光行为,结果表明:Yb~(3+)/Tm~(3+)在477 nm(1G4→3H6)发射强烈的上转换蓝光,在654 nm(1G4→3F4)发射较弱的红光,在795 nm(3H4→3H6)发射微弱的红外光。提高Yb~(3+)的比例均能够提高477 nm蓝光、654 nm红光和795 nm红外光的发射强度。研究分析了上转换发光强度与激光器泵浦功率之间的关系,结果表明上转换蓝光和红光发射均为三个光子过程,红外光发射为两个光子过程。分析了Yb~(3+)、Tm~(3+)在硅酸盐玻璃中上转换发光的机制。     

Tm3+激活无水芒硝在真空紫外光激发下的发光性质

采用高温固相反应方法在空气中制备了Na2SO4:Tm2+发光材料.用X射线衍射对晶体结构进行了表征.发射光谱由Tm3+内4f12电子跃迁的窄峰组成.激发光谱分别由Tm3+离子4f12→4f115d跃迁(183nm),O2--Tm3+之间的电荷转移带(170 nm)引起的强激发谱和基质吸收(130,223,258 nm)...     

氟化物中Yb3+对Ho3+, Tm3+的直接敏化上转换作用

采用双掺杂(Yb^3 ／Ho^3 )和多掺杂(Ho^3 ／Yb^3 ／Tm^3 )方式,研究了氟化物中Yb^3 对Ho^3 ,Tm^3 的直接敏化上转换作用,并对它们在980nm激光激发下的上转换光谱特性进行了比较,对它们的上转换机理作了详细的讨论分析。观测到两处很强的上转换发光,分别是Yb^3 ／Ho^3 共掺杂体系中^5F4^5S2(Ho^3 )→^5Is(Ho^3 )的荧光跃迁和Ho^3 ／Yb^3 ／Tm^3 共掺杂体系中^3H4(Tm^3 )→H6(Tm^3 )的荧光跃迁。还发现由于添加了Tm^3 ,减弱了Yb^3 ／Ho^3 共掺杂体系中Ho^3 在可见光范围的上转换发光强度。     

Tm~(3+)/Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂的镓锗酸盐玻璃光谱性能及能量传递

采用熔融淬冷法制备得到透明的Tm~(3+)/Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂镓锗钠玻璃。对比研究了808 nm和980 nm激发下Tm_2O_3含量对样品可见-红外光学光谱特性的影响。结合稀土离子能级结构,分析了Tm~(3+)、Er~(3+)和Yb~(3+)离子之间的能量传递机制。结果表明:在808 nm和980 nm的激发下,Tm~(3+)/Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂样品中均观察到了473,655,521,544 nm的蓝、红和绿光。在808 nm激发下,随着Tm~(3+)浓度的增加,Tm~(3+):1 800 nm和Er~(3+):1 530 nm发射强度的比率I1.8/I1.53逐渐增大。由于在Tm~(3+)和Er~(3+)间的能量传递有效地改变了红光和绿光的发射强度,473,521,655 nm的发光强度呈现先升高再降低的趋势,在Tm_2O_3掺杂摩尔分数为0.3%时达到最大值。而在980 nm激发下,由于Yb~(3+)对Er~(3+)和Tm~(3+)的能量传递起主要作用,使得其上转换红光(655 nm)、绿光(521 nm和544 nm)和蓝光(473 nm)的发光强度高于808 nm激发下的上转换发光。     

Synthesis and Spectroscopic Properties of GdAl3(BO3)4 Poly-crystals Codoped with Yb3+ and Eu3+

GdAl3(BO3)4 polycrystals co-doped with Yb3+ and Eu3+ has been synthesised by combustion method with urea. Upon the excitation at 465 nm (Eu3+/7F6-->5D2 transition), emission bands centered at 590, 613, 697 and 702 nm in the wavelength region of 550-750 nm have clearly been observed, assigned to the electronic transitions of 5D0-->7FJ (J=1, 2, 4 and 5) of Eu3+ ions, respectively. Meanwhile, an intense emission centred at 980 nm along with a shoulder at 1,040 nm has also been observed by exploiting a cross-relaxation process between the transitions of Eu3+/5D0-->7F6 and Yb3+/2F7/2-->2F5/2. On the contrary, an intense red up-conversion emission centred at 613 nm originated from the 5D0-->7F2 transition of Eu3+ has been observed upon excitation with 980 nm laser diode. The quadratic dependence of the red up-conversion intensity on the pump-laser power reveals a cooperative energy transfer mechanism from a pair of Yb3+ ions to one Eu3+ ion.