Tm3+浓度对Y2（MoO4）3：Tm3+，Yb3+荧光粉上转换发光性质的影响

采用传统的高温固相反应法合成了Tm³⁺/Yb³⁺共掺杂Y₂（MoO₄）₃系列荧光粉。XRD结果表明合成的样品为相纯度好的Y₂（MoO₄）₃。在980 nm光激发下,样品具有较强的位于487 nm和800 nm的蓝色和近红外发射,同时伴有较弱的位于649 nm的红光发射。它们分别来自于Tm³⁺的¹G₄→³H₆、³H₄→³H₆和¹G₄→³F₄跃迁。根据功率相关的上转换发射和能级图分析了Tm³⁺的上转换发光机制。结果表明,¹G₄和³H₄能级的布居分别来自于三光子和两光子的能量传递上转换。此外,随着Tm³⁺浓度的增加,蓝色、红色和近红外发射带均呈先增加后降低的趋势,即发生了浓度猝灭。同时,蓝光发射和近红外发射的强度比随Tm³⁺掺杂浓度的增加而减小。     

不同波长激发下YLiF4：Er3+,Tm3+,Yb3+的发光

水热法合成了YLiF₄:Er³⁺,Tm³⁺,Yb³⁺,其中Er³⁺、Yb³⁺和Tm³⁺的摩尔分数分别为1%、1.5%和2%。当用355nm光激发时,其发光为蓝色,峰值位于450nm,对应于Tm³⁺的¹D₂→³F₄跃迁。用378nm激发时,发光为绿色,主要发光峰位于552nm。980nm光激发时,发光为白色,发光峰分别位于665(651),552(543),484,450nm处,并在648nm处还观察到了一个发光峰,其中最强的发射为红光。YLiF₄:Er³⁺,Tm³⁺,Yb³⁺的蓝光来源于Tm³⁺的激发态¹G₄到基态³H₆的跃迁,绿光来源于Er³⁺的⁴S_3/2和²H_11/2到基态⁴I_15/2的跃迁,红光既来源于Tm³⁺的¹G₄→³F₄的跃迁,也来源于Er³⁺的⁴F_9/2→⁴I_15/2的跃迁。在上转换发光中,还探测到了紫外光359nm的发射。监测665nm得到的激发光谱不同于监测552nm的激发光谱,在665nm的激发光谱中出现了对应Tm³⁺的¹G₄能级的峰。在双对数曲线中,蓝光484nm、绿光552nm和红光665nm的斜率分别为2.25、2.28和2.21,紫外光359nm的斜率为2.85。因此在980nm激发下,蓝光484nm、绿光552nm和红光665nm都是双光子过程,紫外光359nm的发射是三光子过程。     

YNbO4：Tm3+/Yb3+上转换发光特性研究

按照50Nb₂O₅-（46-x）Y₂O₃-4Yb₂O₃-xTm₂O₃（x=0.1,0.2,0.5,1,2）的配比方式,采用高温固相法制备出了掺杂Tm³⁺/Yb³⁺的YNbO₄晶体粉末。在980 nm红外光激发下,观测到波长为478,645,707 nm的上转换荧光,分别对应于Tm³⁺离子的¹G₄→³H₆、¹G₄→³F₄、³F₃→³H₆能级跃迁过程。利用上转换发射功率与980 nm激光器工作电流关系估算出跃迁过程吸收光子数目为2.72,2.69,2.01,从而确定出前两者为三光子吸收过程,最后一个对应于双光子吸收过程。运用Judd-Ofelt理论研究样品光谱特性,根据样品的吸收谱得到样品的谱线强度参数Ω_t（t=2,4,6）,进而得出理论振子强度及实验振子强度,二者均方根偏差δ_rms=1.299×10^-7。计算了Tm³⁺离子向下能级跃迁的跃迁几率、跃迁分支比等参数。最后得出结论：（1）³F₄能级寿命较长,适合作为上转换中间能级;（2）³H₅能级寿命较长,且³H₅→³H₆跃迁分支比（96.46%）接近100%,可用于产生1 216 nm激光。     

Tm3+-Yb3+共掺杂的碲酸盐玻璃和光纤的光谱特性

研究了Tm³⁺-Yb³⁺共掺杂的碲酸盐玻璃和光纤在980nm激光二极管激发下的可见与近红外光谱性质.室温下,Tm³⁺-Yb³⁺共掺杂的碲酸盐玻璃在480,800nm处观测到了很强的上转换发光,在650nm观测到一较弱的上转换发光,它们分别来自Tm³⁺离子的¹G₄^→3H₆,³H₄^{→ 3}H₆和¹G₄^{→ 3}F₄跃迁;在1020,1810nm处观测到近红外发射,它们分别属于Yb³⁺离子的²F_5/2^→2F_7/2跃迁和Tm³⁺离子的³F₄^→3H₆跃迁.研究了其发光特性与Tm³⁺及Yb³⁺的浓度的依赖关系.此外,在980nm激光激发下,还观测到Tm³⁺-Yb³⁺共掺杂的碲酸盐玻璃光纤在1060,1470,1910nm附近的近红外发射.详细讨论了其发光机制,该材料可望用于制作蓝色上转换光纤激光器、S-波段光纤放大器以及在医疗诊断和遥感中有着广泛的应用的1.9μm光纤激光器.     

稀土掺杂的NaGdF4上转换发光材料的合成与发光特性研究

采用水热法制备了一系列不同掺杂浓度的NaGdF₄:Re(Re=Tm³⁺,Er³⁺,Yb³⁺)上转换发光粉。通过X射线衍射(XRD)、电子扫描电镜(SEM)和上转换发射光谱对样品进行了表征。XRD研究结果表明:合成的样品均为六方结构NaGdF₄。估算的平均晶粒尺寸为41~43 nm。在980 nm红外光激发下,Er³⁺和Yb³⁺共掺杂的NaGdF₄发光粉发出分别来自于Er³⁺离子²H_{11/ 2},⁴S_3/2→⁴I_15/2跃迁的绿光和⁴F_9/2→⁴I_15/2跃迁的红光发射,Tm³⁺和Yb³⁺共掺杂的NaGdF₄发光粉发出分别来自Tm³⁺离子的¹G₄→³H₆跃迁的蓝光、¹G₄→³F₄和³F_2,3→³H₆跃迁的红光和³H₄→³H₆跃迁的近红外光发射。Er³⁺,Tm³⁺和Yb³⁺共掺杂的NaGdF₄发光粉的发光强度及红、绿、蓝光发射的相对强度受Yb³⁺离子掺杂浓度的影响。对样品中可能的上转换发光机制进行了讨论。计算的色坐标显示:可通过改变掺杂离子浓度对上转换发光的颜色进行调控。     

Effect of Yb on red to blue conversion fluorescence of Tm in fluorozirconate glass

The mechanisms governing the upconversion fluorescence from the ¹G₄ level of Tm³⁺ ions have been investigated in fluorozirconate glass doped with Tm³⁺ only and codoped with Tm³⁺ and Yb³⁺ ions, under 649 (³H₄→¹G₄) and 684 nm (³H₆→³F₃) excitation wavelengths. The emission intensity depends on the excitation power quadratically in both samples, showing the two-photon absorption nature of the processes. An enhancement of the ¹G₄→³H₆ emission was observed in the codoped sample under 684 nm excitation. The upconversion emission in the single doped sample is mainly due to the E.S.A. process upon both excitations. The dominant mechanism was found to be the energy transfer processes between Tm³⁺ and Yb³⁺ ions in the codoped sample when the excitation was tuned at 684 nm. The upconverted emission intensity shows a different temperature dependence under the two excitations in the codoped sample. However, for the 649 nm excitation the dependence is the same in both samples. This confirms the dominance of the E.S.A. process under 649 nm excitation in both, singly and doubly doped samples.     

铒铥共掺氧化锌薄膜近红外宽带发射及变温行为的研究

采用磁控共溅射技术制备了铒铥共掺杂氧化锌发光薄膜. 通过优化退火温度, 实现了薄膜的近红外 平坦宽带发射, 总带宽可达到~ 500 nm, 覆盖了光通信S+C+L+U 区波段. 此发射带由Er³⁺ 的1535 nm (⁴I_13/2 → ⁴I_15/2) 发射峰及Tm³⁺ 的1460 nm (³H₄ → ³F₄), 1640 nm (¹G₄ → ³F₂), 1740 nm (³F₄ → ³H₆) 发射峰组成. 研究表明: 退火温度低于800 ℃ 时, 没有观察到薄膜样品明显的光致发光现象; 随着退火温度 从800 ℃ 升高到1000 ℃, I₁₆₄₀/I₁₅₃₅ 发射峰强度比从0.2 升高到0.3, I₁₇₄₀/I₁₅₃₅ 发射峰强度比从0.5 降低 到0.4, 发射峰强度比均基本保持稳定; 当退火温度高于1000 ℃ 时, I₁₆₄₀/I₁₅₃₅ 发射峰强度比从0.3 升高到 0.6, I₁₇₄₀/I₁₅₃₅ 发射峰强度比从0.4 升高到0.8, 发射峰强度比均急剧增加. 变温行为表明: 随着温度从10 K 逐渐升高到300 K, 谱线的总带宽基本不变, 在340—360 nm 之间; Tm³⁺ 在1640 和1740 nm 处的发射峰强度 分别降低了2/3 和1/2, Er³⁺ 在1535 nm 的发射峰强度增大了1.2 倍. 这是因为随着温度的升高, 声子数目增 多, Er³⁺ 与Tm³⁺ 离子之间发生能量传递的概率不断变大, 并且在Tm³⁺ 离子之间没有发生交叉弛豫现象.     

Tm-to-Ho resonant and nonresonant energy transfer in LiYF4

Absorption and luminescence measurements of Tm³⁺ and Ho³⁺ ions in LiYF₄:Tm³⁺, LiYF₄:Ho³⁺ and LiYF₄:Tm³⁺, Ho³⁺ crystals were carried out. The data collected were used to determine the Ho³⁺ absorption coefficient integral for ⁵I₈→⁵I₇ transition, and the overlap integral between the normalized Tm³⁺ luminescence spectrum due to the ³F₄→³H₆ transition and the Ho³⁺ absorption band due to ⁵I₈→⁵I₇ transition. The relevant critical transfer distance (R_o), that gives a measure of the Tm³⁺–Ho³⁺ coupling, was determined considering the Förster type interaction between the ions. It was found to be 22.5 Å and 28.8 Å at 300 and 78 K, respectively.     

在NaGdF4：Tm3+, Dy3+中Gd3+间的能量迁移及Gd3+-Dy3+能量传递量子效率

基于量子剪裁基本原理,通过光谱技术研究NaGdF₄:Tm³⁺,Dy³⁺在一个真空紫外光子激发下获得两个蓝色光子的可能性。在这种化合物中,量子剪裁通过下转换,即通过应用不同镧系离子间的能量传递进行。通过对Tm 4f¹²-4f¹¹5d激发,部分能量从Tm³⁺离子5d态直接传递给Gd³⁺,然后在Gd³⁺-Tm³⁺之间发生交叉弛豫,剩余能量从Gd³⁺传递给Dy³⁺,产生两个可见光子发射,一个来自Tm³⁺的¹G₄-³H₆跃迁,另一个来自Dy³⁺的⁴F_9/2-⁶H_15/2跃迁。主要研究获得以NaGdF₄:Tm³⁺,Dy³⁺为基础的新型具有更高效率,更高稳定性和更强真空紫外(VUV)吸收量子剪裁发光粉的可能性。各种光谱技术,如光致发光、激发和衰减等被用来表征不同Dy³⁺浓度掺杂NaGdF₄中Gd³⁺晶格间能量迁移引起的施主Gd³⁺和受主Dy³⁺之间的能量传递。结果表明Gd³⁺离子之间存在能量迁移,随之交换相互作用引起施主与受主(Gd³⁺-Dy³⁺)之间的能量传递。通过Bursh-tein等人关于激发态的弛豫理论,施主-受主能量传递参数k_DS可以从Gd³⁺的⁶P_7/2发射的衰减计算出。Gd³⁺-Dy³⁺能量传递量子效率也可以得到。NaGdF₄:Tm³⁺和NaGdF₄:Tm³⁺,Dy³⁺是由水热法制备的,NaGdF₄:Dy³⁺是由文献[4]方法制备的。发射光谱和激发光谱通过自制的VUV光谱仪和F-4500测量。衰减曲线由OPO激光器激发获得Gd³⁺-Dy³⁺之间能量传递量子效率在受主浓度大约在N_A=0.6%时达到最佳值,并且明显地观测到浓度猝灭效应。     

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¹G₄→³F₄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。     

UPCONVERSION FLUORESCENCE DYNAMICS OF Tm3+ IONS IN LiYF4 CRYSTAL

According to Judd-Ofelt parameter calculation and energy transfer theory, the cross-relaxation process of the Tm³⁺ ions is investigated. A four-level system of coupled rate equations is established to study the fluorescence dynamics of Tm³⁺ in LiYF₄ crystal. Attentions are focused on the upconversion luminescence ¹G₄→³H₆ (483.0 nm) in Tm³⁺:LiYF₄. The relationship between the avalanche properties (critical pump rate, fluorescence intensity and buildup time) originated by resonant excited state absorption and the doped Tm³⁺ concentration is discussed, and some useful conclusions are drawn.     

ZBLAN：Yb3+, Tm3+双频共激发的上转换发光

首先测量了ZBLAN:Yb³⁺,Tm³⁺分别在980nm和808nm激光激发下的400~600nm波段内的上转换发光光谱,在此基础上研究了980,808nm激光共激发下ZBLAN:Yb³⁺,Tm³⁺的上转换发光特性。在测量过程中,分别改变输入激光功率,测量了上转换发光强度与泵浦激光输入功率的关系,由此绘制双对数曲线图,对上转换发光机制进行了分析。研究证明980nm激发为三光子过程、808nm激发为双光子过程,而980,808nm激光共同激发为共协过程。     

Tm$lt;sup$gt;3+$lt;/sup$gt;掺杂锗碲酸盐玻璃的近2 μm光谱性质

用高温熔融法制备了Tm₂O₃掺杂浓度为0.25, 0.5, 0.75, 1, 1.25, 1.5 mol%的40 GeO₂-35TeO₂-15PbO-5Al₂O₃-2.5CaO-2.5SrO锗碲酸盐玻璃. 热学性质测试表明该玻璃的转变温度为446 ℃, 没有析晶峰. 玻璃的最大声子能量约为750 cm^-1. 利用Judd-Ofelt 理论计算了Tm³⁺ 的Judd-Ofelt 参数Ω_t(t = 2, 4, 6)、不同浓度下Tm³⁺ 离子各激发态能级的自发辐射几率、荧光分支比以及辐射寿命等参数. 采用808 nm 波长抽运源测试了Tm³⁺ 离子的荧光光谱. 发现掺杂浓度为1 mol% 时约1.8 μm 处的荧光强度最强. 根据McCumber 理论计算了³F₄ →³H₆ 的发射截面, 其峰值发射截面为6.5 × 10^-21 cm². 根据速率方程计算了玻璃中OH 引起的Tm³⁺ 的³F₄ 能级的无辐射弛豫速率, 随着Tm³⁺ 浓度增加, OH 对³F₄ 能级的猝灭速率增加. 这种玻璃有望研制成一种新型的约2 μm 的激光玻璃材料. 关键词： 锗碲酸盐玻璃 3+掺杂')" href="#">Tm³⁺掺杂 光谱性质     

试验优化设计Tm3+/Yb3+共掺钼酸钇钠荧光粉上转换发光性质的研究

为得到最大发光强度的Tm³⁺/Yb³⁺共掺钼酸钇钠荧光粉, 采用试验优化设计的方法建立发光强度与Tm³⁺/Yb³⁺掺杂浓度的回归方程, 再通过遗传算法优化算出方程的最大解. 利用高温固相法制备出了该解的Tm³⁺/Yb³⁺共掺钼酸钇钠荧光粉样品. 在980 nm抽运激发下, 测量了样品的上转换荧光发射谱, 分析了上转换发光机制, 在室温下观察到强烈的蓝光(476 nm)和微弱的红光(649 nm)发射, 其分别对应于Tm³⁺的¹G₄→³H₆ 和¹G₄ →³F₄ 跃迁. 在Tm³⁺/Yb³⁺ 上转换发光体系中, ¹G₄ 的上转换可见发射是双光子合作上转换能量传递过程. 并探讨了样品的温度效应, 发现该样品蓝光发光强度随温度升高而减弱, 并对其温度猝灭机理进行了解释. 关键词： 试验优化设计 上转换 钼酸钇钠 3+/Yb³⁺')" href="#">Tm³⁺/Yb³⁺     

Y2Ti2O7:Tm3+的制备及其发光性能研究

采用溶胶-凝胶法(Sol-gel)制备了不同烧结温度和Tm³⁺掺杂浓度的Y₂Ti₂O₇:xTm (x=0.005,0.01,0.03,0.05)荧光粉,分别采用X射线衍射分析仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和荧光光谱仪对样品的晶型结构、形貌以及发光性能进行了表征。XRD结果表明,所得到的样品为单一立方相烧绿石结构。样品在361 nm紫外光激发下发射出 蓝光,其峰值波长为456 nm,对应于Tm³⁺的¹D₂→³F₄跃迁。1 000 ℃烧结的Y₂Ti₂O₇: 0.01Tm³⁺样品具有较好的发光性能。样品在456 nm处的相对发光强度随Tm³⁺掺杂浓度的增大先升高后降低,在Tm³⁺摩尔分数为1%时达到最大,即出现了浓度猝灭现象。     

Tm3+,Yb3+共掺钨酸钙多晶材料的上转换发光及荧光温度特性

采用高温固相法制备了Tm³⁺,Yb³共掺CaWO₄多晶材料. 980 nm二极管激光器激发下,在可见区获得了¹G₄→³H₆,¹G₄→³H₄,³H₂,³H₃→³H₆ 跃迁产生的上转换荧光. 讨论了Yb³⁺ 离子浓度的变化对Tm³⁺ 的上转换发光强度的影响,同时根据荧光强度比的方法研究了689 和705 nm 红色上转换荧光在313–773 K 范围内的温度特性. 结果表明：基于Tm³⁺,Yb³⁺ 共掺CaWO₄ 多晶材料的红色上转换荧光可以实现温度监测,其测温的最大灵敏度值为5.7×10^-4 K^-1,相应的测量温度为458 K. 关键词： 上转换发光 3+')" href="#">Tm³⁺ 钨酸钙 荧光温度传感     

双波长Pr3+掺杂12CaO·7Al2O3的光存储特性

采用化学共沉淀法制备了Pr3+掺杂的12CaO·7Al2O3(C12A7:Pr3+)材料.通过X射线衍射(XRD)、发射光谱、激发光谱、余辉衰减曲线、热释发光及光激励发光等测试手段系统研究了C12A7:Pr3+材料的微观结构和光学性质.结果表明,C12A7是一种理想的适合Pr3+掺杂的基质材料,C12A7:Pr3+具有...     

Gd3+,Yb3+和Tm3+共掺杂氟化物纳米晶中Yb3+-Tm3+-Gd3+间的能量传递

用水热法合成了Y_0.8-x-yF₃∶Gd_x³⁺,Yb_0.2³⁺,Tm_y³⁺纳米晶的上转换发光材料。在典型的Y_0.595F₃∶Gd_0.200³⁺,Yb_0.200³⁺, Tm_0.005³⁺纳米微晶中,在980 nm激光激发下,观察到了Tm³⁺的紫外、紫色上转换发射明显增强和来自于Gd³⁺的⁶D_9/2、⁶I_J、⁶P_5/2及⁶P_7/2能级到基态⁸S_7/2能级的紫外发射。通过比较Y_0.8-x-yF₃∶Gd_x³⁺ ,Yb_0.2³⁺,Tm_y³⁺纳米晶样品的上转换发光性质以及Tm³⁺和Gd³⁺中一些激发态的能级寿命,借助于能级图描述了Yb³⁺-Tm³⁺-Ga³⁺之间的有效的能量传递过程。     

试验优化设计Er3+/Yb3+共掺BaGd2ZnO5荧光粉及其上转换发光性质

为得到绿光和红光最大发光强度的Er³⁺/Yb³⁺共掺BaGd₂ZnO₅上转换材料荧光粉, 首先采用试验优化设计中的均匀设计初步寻找Er³⁺/Yb³⁺合理的掺杂浓度; 其次通过二次通用旋转组合设计进一步优化实验, 建立起Er³⁺/Yb³⁺掺杂浓度与绿光和红光发光强度的回归方程; 最后通过遗传算法计算出方程的最优解, 即绿光和红光最大发光强度时对应的Er³⁺/Yb³⁺掺杂浓度. 利用传统的高温固相法分别制备出最优样品. 采用X 射线衍射对得到荧光粉的晶体结构进行了分析, 证明了所有产物均为纯相BaGd₂ZnO₅. 采用980 nm抽运激光作为激发源, 在同样的条件下测量了样品的上转换荧光发射光谱, 从中可见样品有较强的红光发射和绿光发射, 发光中心位于662, 551和527 nm, 分别对应于⁴F_9/2→⁴I_15/2, ⁴S_3/2→⁴I_15/2 及²H_11/2→⁴I_15/2能级跃迁. 研究了绿光和红光最优样品的上转换发光强度与激光器工作电流之间的关系, 通过分析发现红色和绿色上转换发光均为双光子过程. 由归一化的绿色上转换发射光谱可以看出, 激光器工作电流导致的样品温度变化可以忽略不计. 由于能级²H_11/2和⁴S_3/2之间存在热平衡, 并满足玻尔兹曼分布, 由此探讨了绿光最优样品上转换发射光谱中的绿色发射与温度的关系, 计算出²H_11/2和⁴S_3/2之间的能级差为ΔE=926.11 cm^-1. 研究了绿光最优样品的温度效应, 随着温度的升高, 发射强度逐渐变小, 出现了温度猝灭现象. 并计算了样品的激活能, 分别为总体激活能ΔE_总=0.45 eV, 绿光激活能ΔE_绿=0.45 eV, 红光激活能ΔE_红=0.46 eV.     

橙红色荧光粉Ca3Y2Si3O12：Sm3+的制备及发光特性

采用高温固相法在1 400 ℃下经二次煅烧合成了橙红色荧光粉Ca₃Y_2-xSi₃O₁₂：xSm³⁺,研究了Sm³⁺离子掺杂浓度及助熔剂对荧光粉发光性能的影响。XRD结果显示,所合成的荧光粉的主晶相为Ca₃Y₂Si₃O₁₂。荧光光谱分析表明,Ca₃Y₂Si₃O₁₂：Sm³⁺硅酸盐荧光粉可以在320~500 nm范围内得到有效激发,并发射橙红光。在402 nm激发下,样品发射光谱中的主发射峰分别位于562 nm（⁴G_5/2→⁶H_5/2）、598 nm（⁴G_5/2→⁶H_7/2）和646 nm（⁴G_5/2→⁶H_9/2）,其中598 nm处峰值最大。改变Sm³⁺离子掺杂浓度发现：荧光粉发光强度先增大后减小,最佳Sm³⁺掺杂量x（Sm³⁺）为5%,浓度猝灭机理为离子间的相互作用。讨论了几种助熔剂的影响,NH₄F、CaF₂和NaCl均降低荧光粉的发光强度,只有H₃BO₃能够显著增强样品的发光,其最佳掺杂质量分数为1%。