Li~+对硅酸盐玻璃中Yb~(3+)、Tm~(3+)上转换效率的影响

利用高温熔融法制备了不同Li~+含量的掺杂Yb~(3+)、Tm~(3+)的硅酸盐玻璃样品,玻璃样品在980 nm半导体激光器的泵浦下能够产生477 nm的蓝光和654 nm的红光。由上转换的荧光强度和泵浦功率的双对数拟合直线得到,添加Li~+能够增加上转换过程中Tm~(3+)向上跃迁的几率,Tm~(3+)的3F2和1G4能级的粒子数布居增加,从而提高辐射跃迁的几率。红外光谱和拉曼光谱表明Li~+的添加对玻璃基质的声子能量影响不大,却使得声子态密度减小,使上转换效率提高,从而提高Yb~(3+)、Tm~(3+)在硅酸盐玻璃中的发光强度。     

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.     

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。     

Tm~(3+)/Ho~(3+)掺杂碲酸盐玻璃的上转换发光性能与能量转换机制（英文）

采用高温熔融法制备了单掺Tm~(3+)和Tm~(3+)/Ho~(3+)共掺碲酸盐玻璃,测试了808nm激光泵浦下玻璃的红外和上转换荧光光谱。Tm~(3+)/Ho~(3+)共掺碲酸盐玻璃上转换荧光光谱主要由695nm红光、544nm绿光、474nm蓝光和740nm红光四个发光带组成。通过分析样品的光谱性能和能量转换机制,发现很少报道的740nm红光可能是由Tm~(3+):1 D2→3 F2,3能级跃迁产生的。在掺杂0.5 mol%Tm2O3的样品中添加0.3mol%Ho2O3,695nm红光、740nm红光和474nm蓝光等上转换发光强度明显增大,大约分别是单掺0.5mol%Tm2O3样品中发光强度的3倍,2.5倍和14倍。这些情况说明存在着强烈的Ho~(3+)→Tm~(3+)反向能量传递。单掺Tm~(3+)碲酸盐玻璃中1 D2能级(发射740nm红光)上的粒子集居主要来源于合作上转换(CU)过程,而3 F2,3能级(发射695nm红光)上的粒子集居除了来源于CU过程之外,还有740nm红光的发射和1 G4能级上部分粒子的无辐射跃迁(1 G4→3 F2,3)两条途径,因此样品中695nm红光强度明显要大于740nm红光强度。通过交叉驰豫作用CR2和CR3以及反向共振能量转移RET2,Tm~(3+)/Ho~(3+)共掺碲酸盐玻璃中Tm~(3+)的1 G4能级(发射474nm蓝光)上的粒子集居数比单掺Tm~(3+)时出现了净增加。Tm~(3+)的1 G4能级上粒子集居数的增加可能进一步强化了该能级的无辐射跃迁、740nm红光的发射以及CU过程,并进而促使Tm~(3+)的3 F2,3能级上的粒子集居。所以,当Tm~(3+)/Ho~(3+)共掺碲酸盐玻璃与单掺Tm~(3+)碲酸盐玻璃中掺杂相同浓度的Tm~(3+)时,前者的红光和蓝光等上转换荧光强度均比后者要大。本文还研究了Tm~(3+)之间以及Tm~(3+)与Ho~(3+)之间的交叉弛豫和能量传递等效应,并进一步探讨了Tm~(3+)与Ho~(3+)之间的能量转换机制。     

波导适用型铝锗酸盐玻璃中铥离子上转换荧光光子输出与量子产率定量

制备了适用于钾钠离子交换波导的Tm~(3+)/Yb~(3+)掺杂铝锗酸盐玻璃,利用积分球配以光纤光谱仪在975nm激光泵浦下对玻璃的上转换荧光进行测试,解析出样品的绝对荧光特征参量。测试与计算结果显示,在380℃的KNO3熔盐中,Tm~(3+)/Yb~(3+)掺杂的铝锗酸盐玻璃的钾钠离子交换有效扩散系数为0.070μm~2/min,热离子交换过程易于控制。铝锗酸盐玻璃样品中,Tm~(3+)主要发出477 nm蓝光和806 nm近红外光,其中近红外光为支配性发射。绝对荧光参数和激发功率密度呈正相关,当功率密度达到1 482 W/cm2时,三光子上转换蓝光的绝对光谱功率、净发射光子数和量子产率分别为269μW、6.46×10~(14)/s和1.43×10~(-4),双光子近红外光上转换对应的3个参量分别为4 024μW、1.63×10~(16)/s和3.61×10~(-3)。基于波导适用型铝锗酸盐玻璃中Tm~(3+)上转换荧光的绝对化表征,为进一步研发光电子器件和激光材料提供了有益的数据参考。     

基于NaYF4的近红外激发上转换发光材料的发光特性

将Yb~(3+)作为协助发光的敏化剂,Tb~(3+)和Tm~(3+)作为发光中心的激活剂分别加入到基质氟化钇钠中,通过水热合成法分别制成不同掺杂浓度的NaYF_4:Yb~(3+)/Tb~(3+)和NaYF_4:Yb~(3+)/Tm~(3+)双掺杂氟化物纳米发光材料,并通过扫描电子显微镜、X射线衍射以及荧光光谱等手段分别对NaYF_4:Yb~(3+)/Tb~(3+)和NaYF_4:Yb~(3+)/Tm~(3+)双掺杂氟化物材料纳米颗粒的形貌及其发光特性进行了研究.实验结果表明:系列样品的X射线衍射图谱衍射峰与标准卡片吻合得很好,实验浓度范围内Yb~(3+)/Tb~(3+)和Yb~(3+)/Tm~(3+)共掺没有改变NaYF_4的晶体结构.实验得到了该材料在980 nm激光激发下的上转换发光光谱并分析了该材料的上转换发光机理,NaYF_4:Yb~(3+)/Tb~(3+)在980 nm激光激发的情况下出现的蓝光,绿光以及红光,分别对应于~5D_4→~7F_6、~5D_4→~7F_5、~5D_4→~7F_1的辐射跃迁;NaYF_4:Yb~(3+)/Tm~(3+)在980 nm光源激发下出现强的480 nm的蓝光,对应的是~1G_4→~3H_6的电子跃迁能级带,在660 nm强的红光发射谱带,对应的是~1G_4→~3F_4能级跃迁辐射光.     

Tm~(3+)/Yb~(3+)∶LaF_3纳米体系中掺杂Yb~(3+)离子对Tm~(3+)离子荧光发射的影响

为研究Yb~(3+)离子浓度变化对Tm~(3+)离子在蓝色波段荧光强度的影响,以NaF和La(NO_3)_3为原料,采用水热法制备了Tm~(3+)和Yb~(3+)共掺的Tm~(3+)/ Yb~(3+)∶LaF_3纳米颗粒.用X射线衍射对LaF_3纳米颗粒进行表征的结果显示,纳米晶体结构呈六方相.透射电镜的观测结果显示,纳米颗粒样品大小均匀、分散性良好.在波长为800 nm的激光激发下,观测到了上转换蓝光发射,其中包括波长为474 nm和479 nm的较强的荧光辐射(相应的跃迁为~1G_4→~3H_6)和波长位于450 nm的强度较弱的荧光发射(相应的跃迁为~1D_2→~3F_4).通过观测不同Yb~(3+)离子浓度条件下共掺Tm~(3+)/Yb~(3+)∶LaF_3样品的荧光光谱,研究了Yb~(3+)离子掺杂浓度对于Tm~(3+)离子的荧光发射的影响,并探讨了产生这种现象的原因.研究结果显示,对于~1G_4→~3H_6跃迁产生的荧光发射(474 nm),当Yb~(3+)离子浓度增大时,反向能量传递速率的增加导致了荧光强度的增大.然而,当Yb~(3+)离子浓度增大到一定程度时,Yb~(3+)离子激发态能级寿命的减少将引发荧光强度的下降.相比较而言,Yb~(3+)离子的浓度的变化对于~1D_2→~3F_4跃迁产生的位于450 nm处荧光强度的影响较弱.     

BaY_2ZnO_5:Tm~(3+)/Yb~(3+)荧光粉的试验优化设计合成及发光性质研究

为了获得BaY_2ZnO_5:Tm~(3+)/Yb~(3+)荧光粉材料的最大蓝色上转换发光强度,采用正交试验设计与二次通用旋转组合设计相结合的两步连续优化法对Tm~(3+)和Yb~(3+)掺杂浓度进行全局优化,得到该体系最强蓝光发射下的离子掺杂最佳浓度.采用高温固相反应法合成出蓝色上转换发光强度最强的BaY_2ZnO_5:Tm~(3+)/Yb~(3+)荧光粉材料,并对样品的晶体结构和上转换发光性质进行了研究.980nm红外光激发下,测量了最优样品在不同激发电流下的上转换发射光谱,由强度制约关系确定样品的蓝色上转换发光为三光子过程.测量了最优样品温度相关的上转换发射光谱,发现样品的蓝色上转换发光强度随着样品温度的升高而持续减弱,即发生了温度猝灭现象,计算得激活能约为0.602eV.     

Ca3Y2Si3O12∶Tm3+,Yb3+上转换发光粉的制备与发光性能研究

采用高温固相法成功制备了Ca3Y2Si3O12∶Tm3+,Yb3+上转换蓝色发光材料.在980 nm红外激光器激发下,发光粉呈现强烈的蓝光(475 nm)和近红外光(810 nm)以及较弱的红光(650 nm)发射,分别归因于Tm3+离子的1G4 →3H6、3H4→3H6和1 G4→3 F4能级跃迁.随着Yb3+离子浓度的增加,发光粉上转换发射强度和发光亮度均呈现先增强后减弱的变化趋势.在最佳掺杂浓度下(Yb3+摩尔分数为15％),蓝、红光强度分支比为12∶1,色坐标为(0.129 2,0.152 3).在3.9 W/cm2激发功率密度下,发光亮度可达6.8 cd/m2.上述结果证实,所制备发光粉呈现优异的蓝光上转换发射特性并具有潜在的应用价值.发光强度和激发光功率关系表明,所得上转换发射为三光子和双光子吸收过程.借助Tm-Yb体系能级结构详细讨论了上转换发射的跃迁机制.     

KLa(MoO_4)_2∶Yb~(3+),Ho~(3+),Tm~(3+)白光荧光粉的制备及性能研究

采用水热法成功制备了Yb~(3+),Ho~(3+),Tm~(3+)三掺的多晶KLa(Mo O4)2荧光粉。在980 nm激光激发下,KLa(MoO_4)_2∶Yb~(3+),Ho~(3+),Tm~(3+)发出裸眼可见的明亮白光,这其中包括Tm~(3+)离子发出的蓝光(~475 nm)、Ho~(3+)离子发出的绿光(~540 nm)和红光(~651 nm)。根据色度坐标系计算得出的坐标点可以看出,随着Ho~(3+)/Tm~(3+)掺杂浓度之比的增加,KLa(Mo O_4)_2∶Yb~(3+),Ho~(3+),Tm~(3+)所发出的白光呈现从冷白光到暖白光的变化。最后详细讨论了KLa(Mo O_4)_2∶Yb~(3+),Ho~(3+),Tm~(3+)荧光粉可能的发光机制。     

Yb3+-Tm3+共掺钨钼酸盐纳米晶体的发光特性

以聚乙二醇为络合剂,采用水热法制备了发光性能优越的Yb3+-Tm3+共掺BaGd2(WO4)0.5(MoO4)0.5纳米晶体。改变稀土掺杂量并生产不同掺杂量的BaGd2(WO4)0.5(MoO4)0.5∶Yb3+/Tm3+。以X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)对样品进行表征。结果表明,BaGd2(WO4)0.5-(MoO4)0.5∶Yb3+/Tm3+纳米晶属四方晶系,粒径在25~40nm之间,使用Hitachif-4500分光光度计分析样品,发现当Yb3+/Tm3+为4∶1、Yb3+离子浓度为6.0%时,BaGd2(WO4)0.5(MoO4)0.5∶Yb3+/Tm3+的发光效率最高。当Tm3+离子发生1G4→3H6跃迁时会产生可见光发射,对应于光谱图中475nm处的蓝光;当Tm3+离子发生1G4→3F4跃迁时产生的可见光发射,对应于光谱图中650nm处的红光。光谱图像及泵浦功率的双对数曲线表明,其中蓝光发射是三光子发射过程,红光发射是双光子发射过程。样品的量子产率接近0.9%。Yb3+-Tm3+共掺BaGd2(WO4)0.5(MoO4)0.5纳米晶体的发光性能优异,具有很高的应用价值。     

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.     

NaYF4∶Eu3+, Tm3+, Yb3+材料中Stokes和反Stokes发光研究

合成了Eu3+,Tm3+和Yb3+掺杂的NaYF₄材料。360 nm光激发呈蓝色发光,峰值位于452 nm,对应Tm3+的1D₂→3F₄跃迁;395 nm光激发呈橙色发光,峰值位于591 nm,对应Eu3+的5D₀→7F₁跃迁;409 nm光激发呈红色发光,峰值位于613 nm,对应Eu3+的5D₀→7F₂跃迁;980 nm光激发呈蓝色和红色发光,发光峰位于474和646 nm。蓝光来源Tm3+的1G₄ →3H₆跃迁,红光来源Tm3+的1G₄→3F₄跃迁。在双对数曲线中,蓝光474 nm和红光646 nm的斜率分别为2.1和2.4,在980 nm光激发下,蓝光和红光发射都是双光子过程。还研究了材料的吸收光谱,并利用X射线衍射,扫描电镜测试了材料的物相结构和微观形貌。结果表明：NaYF₄∶Eu3+, Tm3+, Yb3+材料具有较规则的六方相结构,结晶良好。     

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。     

α-TeO2∶Tm3+,Ho3+,Yb3+纳米材料的红绿蓝色上转换发光（英文）

利用简单的水热合成法成功制备出α-TeO2∶Ho3+,Yb3+、α-TeO2∶Tm3+,Yb3+和α-TeO2∶Tm3+,Ho3+,Yb3+纳米材料,用980 nm的近红外光作为激发光源测定了样品的室温上转换发射光谱。结果表明:样品α-TeO2∶Ho3+,Yb3+分别发射绿光(545 nm)和红光(651 nm),分别对应于Ho3+离子的5S2→5I8和5F5→5I8能级跃迁。随着Yb3+的摩尔分数从5%增加到15%,样品在545 nm处的绿光强度明显变大,发光颜色由黄光向绿光转变。样品α-TeO2∶Tm3+,Yb3+在476 nm处发射出蓝光,对应于Tm3+离子的1G4→3H6能级跃迁,两个弱红光峰(651,675 nm)分别对应于Tm3+离子的1G4→3F4和3F2→3H6能级跃迁。随着Yb3+离子浓度的提高,蓝光与红光的相对强度也在显著提高。基于可调控性蓝光、绿光和红光的产生,α-TeO2∶Tm3+,Ho3+,Yb3+纳米材料能产生不同颜色的光,包括白光。     

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。     

Er3+-Yb3+-Tm3+共掺CdF2:PbF2基玻璃中的荧光特性及其上转换机制

在 98 0nm半导体激光激发下 ,在Er3 Yb3 Tm3 共掺玻璃样品中得到了如下的 5条较强的上转换荧光带 ,分别是近红外 (80 0nm) ,红 (6 4 5nm) ,绿 (5 4 5和 5 2 5nm) ,蓝 (4 80nm)及紫 (4 0 7nm)。与Er3 Yb3 共掺样品相比 ,Tm3 的加入使得 4 80nm的蓝光显著增强 ,这应与Tm3 特殊的能级结构有关 ;荧光强度随激发功率变化的双对数曲线表明 4 80nm蓝光发射是双光子激发过程 ,为两个Yb3 的合作上转换敏化发光 ,随着激发功率的增加 ,4 80nm荧光的logI logP曲线的斜率将变小 ,逐渐向下“弯曲”。作者详细的分析了各条荧光带的上转换机制 ;并用速率方程讨论了稳态情况下 4 80nm蓝色上转换荧光强度随激发功率变化的关系 ,其结果与实验一致。