水热法合成纳米晶NaYF4：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。

1565nm激光泵浦Tm^3＋：Ho^3＋共掺石英光纤激光器动态特性

利用1565nm激光作为Tm3+:Ho3+共掺石英光纤激光器的泵浦带是一项较新的研究内容,动态特性能够有效反映激光振荡机制建立过程中能级粒子数和激光功率的变化情况,为系统实验的优化提供理论依据。建立了该泵浦带下系统的理论模型,基于速率方程和功率传输方程,采用离散算法,在Matlab软件中设置泵浦功率为3W、光纤长度2.5m条件下,分别对Tm3+:Ho3+共掺石英光纤的输入端、中点处和输出端的动态变化特性进行理论研究。结果表明:不同位置处,光纤对泵浦功率的吸收程度不同;光纤中粒子数和激光功率的弛豫振荡开始和持续的时间表现出较大差异,信号光振荡峰值远大于达到稳态时的功率;系统的光-光转化效率达到56%。

Tm^3＋-Yb^3＋共掺氧氟硅酸盐玻璃热学性能和上转换发光特性研究

稀土掺杂氧氟玻璃是一种优良的上转换发光材料，制备了组分为35SiO2—15AlO1.5-（45-x）PbF2-xCdF2—0．1TmF3—1．5YbF3（x=0，10，20，30）的氧氟硅酸盐玻璃，系统研究了CdF2含量对其热学性能和光学性能的影响。研究表明用CdF2部分替代PbF，可以提高玻璃的热稳定性、使紫外吸收截至边向短波方向移动；随着CdF2含量的增加，开始Tm^3＋蓝光和红光上转换发光增强缓慢，而后迅速增强．而近红外上转换发射先显著增强后增强放缓；由于蓝光和近红外发光强度远大于红光发光强度，所以该氧氟玻璃更适合于蓝光和近红外发光材料。最后，探讨了Tm^3＋的上转换发光机理。

Ho^3＋／Tm^3＋掺杂氟磷酸盐玻璃的研究

氟磷酸盐玻璃具有声子能量低、离子键性强、稀土离子掺杂浓度高、发光效率高等优点。采用正交设计法确定氟磷酸盐玻璃的配方为44KH2P04—40AlF3·3．5H2O-10BaF2—0．1Nb2O5，并采用该配方为基质制备了稀土Ho^3＋、Tm^3＋掺杂的氟磷酸盐玻璃，通过差热分析研究了该玻璃的形成过程；研究了Ho^3＋、Tm^3＋的掺杂量和Ho^3＋、Tm^3＋在该玻璃中的能级结构，测试了玻璃样品的吸收光谱，结果表明稀土掺杂的样品在416nm、448nm、537nm、641nm、684nm、791nm和1035nm处有明显的吸收峰，当稀土离子Ho^3＋、Tm^3＋的掺杂量为0．3mol％和1．5mol％时，稀土离子的特征吸收相对最强。

Tm^3＋与Ho^3＋单掺杂锗酸盐玻璃的增益特性

制备了掺杂浓度分别为2.0mol%的Tm3+及Ho3+单掺的两种锗酸盐玻璃。根据McCumber理论计算了Tm3+离子能级3H6←→3F4(1.8μm)跃迁和Ho3+离子能级5I8←→5I7(2.0μm)跃迁的吸收截面和受激发射截面。同时,根据所获得的吸收截面、发射截面以及掺杂离子的浓度分别获得了Tm3+离子和Ho3+离子在两种不同锗酸盐玻璃基质中的增益截面函数,从该函数可反映出材料的粒子数反转特性。对于Tm3+离子掺杂的锗酸盐玻璃,其吸收截面、发射截面和增益截面的最大值大于在氟锆酸盐、氟化物和氟氧化物玻璃中;对于Ho3+掺杂的锗酸盐玻璃,其吸收截面、发射截面和增益截面的最大值也大于在氟锆铝酸盐玻璃。因此,Tm3+和Ho3+掺杂的两种锗酸盐玻璃在~1.8和~2.0μm波段的中红外激光器中将有潜在的应用前景。

高功率掺Tm^3+光纤放大器热效应管理的泵浦方式优化理论研究

基于主振荡功率放大器结构的高功率掺Tm^3+光纤激光器是2μm波段高功率光纤激光器的主要实现形式,掺Tm^3+光纤放大器(Thulium-doped fiber amplifier,TDFA)热效应管理的研究对于其输出激光功率的不断提升具有重要意义。本文主要对TDFA热效应管理的泵浦方式优化方面进行理论研究,利用龙格库塔法以及牛顿迭代法求解不同泵浦方式下TDFA的稳态速率方程,并根据热传导方程,模拟掺Tm^3+光纤(Thulium-doped fiber,TDF)温度沿径向和轴向的分布。结合遗传算法理论,研究了分段泵浦方式,经过参数优化,在功率为5 W的2020 nm输入信号光、总功率为1000 W的793 nm激光泵浦、TDF吸收系数为3.1 dB/m条件下,将总长度为11 m的TDF分为2.4,2,2,2,2.6 m的5段进行泵浦,得到放大信号激光输出功率为284.5 W、斜率效率为28.45%、光纤外包层边界最高温度为86.28℃且温度总体分布均匀。与传统前向泵浦、双端泵浦方式下的TDFA相比,其热效应有明显改善。

用于LED的Tb^3＋／Eu^3＋／Tm^3＋三掺白光发射钙铝硼酸盐玻璃的研制和发光性能的研究

研究了Tb^3＋／Eu^3＋和Tm^3＋离子单掺入铝硼酸盐玻璃基质（CaO—Al2O3-B2O3）中的发光行为，发现Tb^3＋发射出绿光（544nm），Eu^3＋发射红光（615nm），Tm^3＋发射蓝光（454nm）．当把Tb^3＋／Eu^3＋和Tm^3＋种离子同时掺杂入玻璃基质中时，在360nm波长激发下，发射谱中同时出现了绿、红和蓝三基色荧光，获得了白光发射．如果采用不同波长激发，则可获得不同发光颜色的玻璃．由于360nm激发波长正好处于紫外LED芯片的发射波长范围（380—400nm），因此用LED芯片能很好地激发Tb^3＋／Eu^3＋／Tm^3＋三掺CaAlB玻璃而获得白光．

上转换纳米棒NaGdF4:Yb^3+,Tm^3+的合成、形貌调控及其荧光研究

水热法制备了高纯度六方相NaGdF_4:Yb^(3+),Tm^(3+)纳米颗粒,采用以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂,通过X射线衍射(XRD),透射电镜(TEM),元素分析(mapping),荧光光谱学等手段对所制备的NaGdF_4纳米棒的结构与形貌进行表征,发现提高反应时间对粒子尺寸和形貌的影响不明显,表面活性剂的浓度对发光强度有明显影响,并着重研究粒子长径比和发光强弱关系的特点。结果表明:共掺杂NaGdF_4纳米颗粒在980 nm下可发射出475 nm蓝光,以及695 nm红光800 nm的强近红外光。且发现颗粒长径比越大,荧光强度越强,进一步探索了颗粒长径比调控的荧光增强机理。

Upconversion luminescence of Tm^3＋/Yb^3＋ codoped oxyfluoride glasses

Novel oxyfluoride glasses are developed with the composition of 30SiO2-15Al2O3-28PbF2-22CdF2-0.1TmF3 - xYbF3 - （4.9 - x） AlF3（x=0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0） in tool fraction, Furthermore, the upconversion luminescence characteristics under a 970nm excitation are investigated. Intense blue, red and near infrared luminescences peaked at 453nm, 476nm, 647nm and 789nm, which correspond to the transitions of Tm^3＋： ^1D2 →^3F4, ^1G4 →^3H6, ^1G4 →^3F4, and ^3H4 →^3H6, respectively, are observed. Due to the sensitization of Yb^3＋ ions, all the upconversion luminescence intensities are enhanced considerably with Yb^3＋ concentration increasing. The upconversion mechanisms are discussed based on the energy matching rule and quadratic dependence on excitation power. The results indicate that the dominant mechanism is the excited state absorption for those upconversion emissions.

LaF3:Yb^3+/Tm^3+、LaF3:Yb^3+/Ho^3+亚微米晶体的制备及表征

采用一步的离子热方法,以离子液体BmimBF4作为反应介质,成功制备了LaF3:Yb^3+/Tm^3+、LaF3:Yb^3+/Ho^3+自组装亚微米序列。产物发生了自组装现象,形成了类似于糖葫芦状的有趣形貌。研究发现,反应时间、反应温度、溶剂组成和混合溶剂中离子液体与水的比例等实验参数对最后产物的形貌有极大影响。这种材料具有理想的自组装形貌、良好的水分散性和明亮的上转换发光,因此使得它在生物标记和显示等领域具有潜在的应用。

Dy^(3+)/Tm^(3+)共掺杂钒磷酸钇的共沉淀法合成及光谱性质

以Y2O3、Dy2O3、Tm2O3、V2O5、(NH4)2HPO4为原料,采用共沉淀化学法合成了体色纯白的Dy3+、Tm3+共掺杂YP1-xVxO4荧光粉。对合成荧光粉的V5+/P5+、Dy3+/Tm3+摩尔比等条件进行了研究。利用SEM、变温紫外激光激发下的发射光谱及紫外激发下的发射光谱,对所合成的粉体的表面形貌及发光性能进行了表征。YP1-xVxO4∶Dy3+,Tm3+荧光粉在325nm紫外激光激发下,低温时存在基质VO3-4的蓝色宽带发射,随着温度升高,VO3-4吸收的激发能量更有效地传递给Dy3+、Tm3+,使其发光逐渐增强;在254nm的紫外光激发下,YP1-xVxO4∶Dy3+,Tm3+荧光粉发白光,是一种潜在的二基色高压汞灯用荧光粉。

LED用CaMoO_4:Dy^(3+),Eu^(3+),Tm^(3+)白色荧光粉的制备及发光性质研究

采用共沉淀法制备了Dy^(3+)、Eu^(3+)共掺杂;Dy^(3+)、Tm^(3+)、Eu^(3+)三掺不同掺杂浓度的CaMoO_4纳米发光材料,并且研究了其发光性质.在Dy^(3+)、Eu^(3+)共掺杂CaMoO_4体系中,在蓝光454 nm波长激发下,随着Eu^(3+)离子浓度变化色坐标逐渐向红光区移动,并发现了Dy^(3+)对Eu^(3+)的能量传递现象.在Dy^(3+)、Eu^(3+)、Tm^(3+)三掺杂体系中在365nm光激发下色坐标更为接近白光的标准色坐标值,能够合成比较理想的白光.

电荷补偿对KSr_4(BO_3)_3:Dy^(3+),Tm^(3+)发光性能的影响

通过高温固相法制备出单基质KSr4(BO3)3:n%Dy^(3+),0.5%Tm^(3+)(n=0.5,1.0,1.5)白光荧光粉,对356 nm激发的发射光谱进行了测试,发射光谱包含有Dy^(3+)的特征发射峰(491,574 nm),也包含有Tm^(3+)的特征发射峰(454nm)。随着Dy^(3+)掺杂浓度的增加,Tm^(3+)的发光强度逐渐减弱,而Dy^(3+)的发光强度逐渐增强。计算得到KSr_4(BO_3)_3:n%Dy^(3+),0.5%Tm^(3+)(n=0.5%,1%,1.5%)的色温依次为:12 797,7 180,5 734 K。将掺杂浓度为1.5%的补偿电荷Li^+、Na^+和K^+掺入了KSr4(BO3)3:1.0%Dy^(3+),0.5%Tm^(3+)中,发光强度都有明显的增强,补偿电荷为Na^+时KSr_4(BO_3)_3:1.0%Dy^(3+),0.5%Tm^(3+)在574nm处的发光强度最高。通过XRD表征发现掺入Na^+、K^+后基质结构没有明显的改变,Li^+的掺入导致了一个小杂峰的出现。

溶胶-凝胶法制备Gd_(4)Ga_(2)O_(9):Dy^(3+)白光发射荧光粉及其性能

通过溶胶-凝胶法制备了具有白光发射的Gd_(4)Ga_(2)O_(9):x%Dy^(3+)荧光粉,利用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和荧光光谱等对产物的物相结构、形貌、组分和光学性能进行研究,并分析了Dy^(3+)掺杂量对样品的影响。XRD结果表明,所制备的样品为Dy^(3+)掺杂的Gd_(4)Ga_(2)O_(9)单斜晶体和少量Ga_(2)O_(3)杂质相的混合物。紫外-可见漫反射光谱结果表明制备的Dy^(3+)掺杂Gd_(4)Ga_(2)O_(9)晶体是一种光学带隙为5.29 eV的直接带隙半导体。荧光检测结果表明Dy^(3+)掺杂Gd_(4)Ga_(2)O_(9)荧光粉可被属于Gd^(3+)激发带的275 nm紫外光有效激发,并在490 nm和575 nm附近分别发射出属于Dy^(3+)的^(4)F_(9/2)→^(6)H_(15/2)和^(4)F_(9/2)→^(6)H_(13/2)跃迁的蓝色和黄色的强烈光,证实在Gd_(4)Ga_(2)O_(9):Dy^(3+)样品中存在显著的由Gd^(3+)到Dy^(3+)的能量传递发光现象。同时,对其发光机制进行了讨论。样品的发光强度随着Dy^(3+)掺杂量的变化而变化,同时影响着样品的发光颜色,Dy^(3+)掺杂量为1.5%和2%时制备的荧光粉可在紫外光激发下分别发射出CIE色坐标为(0.3362,0.3512)和(0.3381,0.3523)、相关色温为5340 K和5263 K的白色光。研究结果表明Gd_(4)Ga_(2)O_(9):Dy^(3+)是一种潜在的紫外光激发白光发射荧光材料。

在NaGdF_4:Tm^(3+),Dy^(3+)中Gd^(3+)间的能量迁移及Gd^(3+)-Dy^(3+)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 4 f12-4 f115d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1G43-H6跃迁,另一个来自Dy3+的4F9/26-H15/2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kDS可以从Gd3+的6P7/2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NA=0.6%时达到最佳值,并且明显地观测到浓度猝灭效应。

Dy^(3+)/Eu^(3+)双掺杂CaLaGa_(3)O_(7)颜色可调荧光粉的制备与发光性能

本文采用高温固相法成功制备了一系列Eu^(3+)单掺和Dy^(3+)/Eu^(3+)双掺CaLaGa_(3)O_(7)单基质荧光粉。通过X射线衍射和发射光谱对荧光粉的物相及发光性能进行了表征。结果表明,所制备的样品均为四方结构,与基质晶体一致,表明成功合成了Eu^(3+)单掺和Dy^(3+)/Eu^(3+)双掺杂的CaLaGa_(3)O_(7)荧光粉。在波长393 nm近紫外光激发下,Eu^(3+)∶CaLaGa_(3)O_(7)表现出Eu^(3+)的特征红光发射(5 D0→7 F2),并且发光纯度高达100%。共掺Dy^(3+)之后,Dy^(3+)/Eu^(3+)双掺CaLaGa_(3)O_(7)荧光粉不仅可以被波长393 nm的光激发还可以被波长348 nm的光激发。不管是哪个波长的光激发,Dy^(3+)/Eu^(3+)∶CaLaGa_(3)O_(7)发射光谱同时包含了Eu^(3+)的特征红光发射和Dy^(3+)的特征黄光发射(4 F_(9/2)→6 H_(13/2))。通过对发射谱和荧光寿命分析得出,双掺荧光粉中Dy^(3+)和Eu^(3+)之间存在有效的能量传递过程。进一步计算了各个样品对应的色坐标,结果表明当激发波长由348 nm改变为393 nm时,色坐标整体上从黄绿色区域移动到黄橙光区域。因此,Dy^(3+)/Eu^(3+)∶CaLaGa_(3)O_(7)是一种光色可调发光材料,在显示和固态照明方面具有良好的应用前景。

SrLaLiTeO_(6):Dy^(3+),Eu^(3+)荧光粉的制备及发光性能研究

白光发光二极管(LED)的商业合成方案缺少红光成分,导致合成的白光色温较高、显色性差,因此开发性能优异的单相暖白光荧光粉成为白光LED领域研究的重要课题。以Dy^(3+)和Eu^(3+)为掺杂剂,SrLaLiTeO_(6)(SLLT)为基质,采用固相反应法制备了SrLaLiTeO6:Dy^(3+),Eu^(3+)无机荧光粉,并通过X射线衍射仪、荧光分光光度计和色度坐标分析荧光粉的晶体结构及光学性能。结果表明:Dy^(3+)和Eu^(3+)成功进入SLLT晶体,无杂质产生;SLLT:0.07Dy^(3+),yEu^(3+)荧光粉在351 nm激发下能够同时发射蓝、黄、红光,证明了Dy^(3+)和Eu^(3+)之间存在能量传递,弥补了单掺Dy^(3+)荧光粉缺乏红色发射的缺陷;Eu^(3+)离子最佳掺杂浓度为0.05,此时的色度坐标为(0.391 9,0.380 9),色温为3 733 K,接近暖白光区域。因此,SrLaLiTeO_(6):Dy^(3+),Eu^(3+)荧光粉是一种性能优异的暖白光LED荧光粉。

Dy^(3+)、Tm^(3+)共掺杂Ca2MgSi2O7的发光特性

采用高温固相法合成了系列Ca_2MgSi_2O_7∶Dy^(3+),Tm^(3+)发光材料。对样品进行了XRD结构表征,测量了激发光谱、发射光谱、色温和荧光寿命。研究结果表明,Ca_2MgSi_2O_7∶Tm^(3+)在355 nm激发下显示出蓝色发光,在CIE1931中的色坐标为x=0.165 9,y=0.082 2,色纯度为89%。通过Dy^(3+)和Tm^(3+)的叠加激发谱带激发,即在349,353,365 nm激发下,Ca_2MgSi_2O_7∶Dy^(3+),Tm^(3+)显示出青白、冷白和暖白光,相关色温值分别为5 193,9 672,4 685 K。300~500 nm区域间可以有效地激发Ca_2MgSi_2O_7∶Dy^(3+),Tm^(3+),并在400~600 nm之间产生蓝光和黄光复合产生的白光,表明该体系可用作白光LED的发光材料。

稀土离子Tm^(3+)掺杂MgAl_(2)O_(4)材料发光特性

为了探究Tm^(3+)在MgAl_(2)O_(4)材料中的发光特性,采用高温固相法制备了MgAl_(2)O_(4):Tm^(3+)荧光粉材料,并对样品的结构、形貌及发光特性予以表征,研究了Tm^(3+)掺杂浓度对材料发光性能的影响。结果表明,微量的Tm^(3+)掺杂,并未变材料的主相结构,掺杂的Tm^(3+)占据MgAl_(2)O_(4)晶格中的Mg^(2+)位置,从而形成固溶体。晶粒形状为不规则的多边形结构,具有明显的团聚现象,存在较大尺寸不规则颗粒。MgAl_(2)O_(4):Tm^(3+)荧光粉在363nm激光激发下,具有460nm处的强蓝光发射和650nm处的弱红光发射。MgAl_(2)O_(4):Tm^(3+)的最佳发光浓度为0.005,浓度猝灭的影响机制源于Tm^(3+)和空穴之间的能量转移和(Tm^(3+)-Tm^(3+))电偶极-电偶极(d-d)相互作用。该荧光粉均具有良好蓝色发光,在光源器件及多色显示等方面具有广阔的研究前景。

Tm^3＋/Yb^3＋共掺氟氧硅铝酸盐玻璃陶瓷蓝色上转换发光研究

按摩尔百分比制备了组分为30SiO2-(20-x-y)Al2O3-40PbF2-10CdF2-xTm2O3-yYb2O3的两组Tm3+/Yb3+共掺杂氟氧硅铝酸盐上转换蓝色发光玻璃陶瓷材料,测量了其在980 nm激光激发下的上转换发光光谱,分析了此材料中Tm3+/Yb3+发光体系的上转换发光机理,并系统地研究了Tm3+离子和Yb3+离子的浓度对该材料上转换发光性能的影响.研究表明:由于Tm3+离子之间存在着交叉弛豫作用使得蓝光(477 nm)发光强度随Tm3+离子浓度增加而减弱,实验获得的最佳掺杂浓度为x=0.025(mol%);另外,在Tm3+/Yb3+上转换发光体系中,Yb3+离子合作上转换能量传递过程和三光子过程是共同存在的,随着Yb3+离子浓度的增加,Tm3+离子3H4能级到Yb3+离子2F5/2能级的反向能量传递增强使3H4能级上粒子布居数不断减少,三光子过程作用减弱;但是Yb3+离子合作上转换能量传递过程则发挥越来越大的作用,使上转换蓝光强度总体上不断增加.