高热稳定CaGdAlO_(4)∶Er^(3+)/Yb^(3+)荧光粉的上转换发光及其温度传感性能

获得具有良好热稳定性和发光性能的非接触式光学温度传感材料是目前的研究热点之一,本工作通过高温固相法制备了Er^(3+)/Yb^(3+)共掺CaGdAlO_(4)∶Er_(x),Yb_(0.10)(x=0.006、0.008、0.010、0.012、0.014)荧光粉,尺寸大小分布在0.6~4.2μm。在980 nm激光激发下,该荧光粉在500~700 nm发射谱由两个发射带组成,528和550 nm处两个较强的绿光发射带,归属于Er^(3+)的^(2)H_(11/2)→^(4)I_(15/2)、^(4)S_(3/2)→^(4)I_(15/2)能级跃迁,663 nm处较弱的红光发射带,归属于Er^(3+)的^(4)F_(9/2)→^(4)I_(15/2)能级跃迁。上转换发光强度最大组分为CaGdAlO_(4)∶Er_(0.010),Yb_(0.10)。300~573 K变温发射谱表明,基于荧光强度比FIR_(528/550)参数,温度传感绝对灵敏度S_(A)从44.4×10^(-4) K^(-1)(@300 K)先增大到52.0×10^(-4) K^(-1)(@445 K)随后减小到49.0×10^(-4) K^(-1)(@573 K)。相对灵敏度S_(R)则从0.95×10^(-2) K^(-1)(@300 K)单调减小到0.27×10^(-2) K^(-1)(@573 K)。冷热循环实验表明该材料的热重复性优于98%。结果表明,CaGdAlO_(4)∶Er_(0.010),Yb_(0.10)荧光粉在光学温度传感领域具有潜在的应用前景。

Er^(3+)/Yb^(3+)/Pr^(3+):SrLaGaO_(4)晶体的光谱分析及中红外发射增强

采用非化学计量配比的提拉法成功生长出Er^(3+)/Yb^(3+)/Pr^(3+):SrLaGaO_(4)晶体、Er^(3+)/Yb^(3+):SrLaGaO_(4)和Er^(3+):SrLaGaO_(4)晶体并进行了详细的光谱分析,同时对纯的SrLaGaO_(4)晶体进行了热学性能分析。与Er^(3+):SrLaGaO_(4)晶体相比,Er^(3+)/Yb^(3+)/Pr^(3+):SrLaGaO_(4)晶体不仅展示了更好的吸收特性,而且还表现出较弱的近红外发射,以及优异的中红外发射;Er^(3+)/Yb^(3+)/Pr^(3+):SrLaGaO_(4)晶体中2.7μm铒激光下能级4I13/2的荧光寿命显著减少,而上能级4I11/2的寿命略微下降,成功抑制了自终止效应。此外,本工作还研究了Er^(3+)/Yb^(3+)/Pr^(3+):SrLaGaO_(4)晶体中Yb^(3+)的敏化作用和Pr^(3+)离子的去激活作用以及能量传递机制。总之,引入Yb^(3+)和Pr^(3+)有利于在Er^(3+)/Yb^(3+)/Pr^(3+):SrLaGaO_(4)晶体中实现增强的2.7μm发射,这使其成为中红外激光有前途的候选材料。

棒状结构NaGdF_(4):Yb^(3+),Er^(3+)上转换发光性能的研究

以乙二胺四乙酸二钠(EDTD-2Na)为螯合剂,采用水热法合成了棒状结构的NaGdF_(4):Yb^(3+),Er^(3+)纳米粉末。分别借助X射线衍射(XRD)、荧光光谱仪(PL)和扫描显微镜(SEM)对其晶体结构、发光强度和表面形貌进行分析和表征。探究了稀土前驱体、水热温度和水热时间的实验条件对NaGdF_(4):Yb^(3+),Er^(3+)纳米粉末上转换发光强度的影响;研究了氟源和钠源对NaGdF_(4):Yb^(3+),Er^(3+)晶体形貌和上转换发光强度的改善;同时,采用煅烧处理的方法,进一步探究样品的形貌和发光强度收到的影响。实验结果表明NH4F与NaOH作为氟源和钠源及200℃煅烧1 h得到的棒状结构NaGdF_(4):Yb^(3+),Er^(3+)的发光强度最好,色坐标(CIE)绿色发光强度从84%提升到94.88%。

不同激发波长下NaLaF_(4):Er^(3+)/Yb^(3+)的上转换光谱调控研究

为探究不同激发波长(980 nm、1 550 nm)对NaLaF_(4):Er^(3+)/Yb^(3+)上转换发光材料光谱调控的规律和机理,采用水热-固相两步反应法合成一系列不同Er^(3+)/Yb^(3+)掺杂浓度的NaLaF_(4)荧光粉。利用X射线衍射仪(XRD)、荧光分光光度计对材料进行测试,分析其发光性能与机理。结果表明,样品在980 nm激发下呈绿色发光,上转换发光强度随Er^(3+)/Yb^(3+)掺杂浓度增加而呈现先增后减的规律,该发光过程为双光子过程;而在1 550 nm激发下呈红色发光,上转换发光强度随Er^(3+)掺杂浓度增加而呈增强趋势,但随Yb^(3+)浓度增加而降低,发光过程为三光子过程。因此,通过调节激发光波长,在同组分NaLaF_(4):Er^(3+)/Yb^(3+)荧光粉中实现颜色可控的绿、红色发光,对设计新型光谱调控手段和探索新的发光材料具有一定的理论指导意义。

溶剂热法制备NaScF_(4):Yb^(3+)/Er^(3+)及其发光性能的研究

利用溶剂热法在油酸(OA),正辛醇(OC)及乙二醇(EG)三溶剂中成功制备出NaScF_(4):Yb^(3+)/Er^(3+)纳米颗粒。调节三种溶剂的不同比例观察对样品晶相、结构、尺寸及发光强度的影响。此外,我们使用了X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、荧光光谱仪对样品进行了表征。通过XRD证明在OA、OC、EG分别为16mL,12mL、4mL时成功合成出了纯相的NaScF_(4):Yb^(3+)/Er^(3+)纳米颗粒。SEM图进一步证明样品形貌均匀,分散性较好,粒径较小,颗粒尺寸为37.62±9.36nm。此外,样品的荧光光谱表明样品在980nm激光激发下能发射出红色荧光。因此,该方法下制备的NaScF_(4):Yb^(3+)/Er^(3+)尺寸较小,形貌较均匀,拥有强的红色发射且该材料有望用于生物成像、信息储存,防伪等领域。

动态缺陷导致Na_(3)Sc_(2)(PO_(4))_(3):Yb^(3+),Er^(3+)材料上转换和下转移发光不同热猝灭行为研究

掺Eu^(2+)的离子导体Na_(3)Sc_(2)(PO_(4))_(3)具有优异的抗热猝灭性能,是一种很有前景的大功率照明用发光材料。然而,其负热猝灭机理仍有待深入研究。本文以Yb^(3+)/Er^(3+)的f-f跃迁上转换和下转移窄带发射而非更易受干扰的Eu^(2+)d-f跃迁发射为研究对象,旨在获得更清晰的机理。结果表明,热致缺陷/离子的动态迁移能促进高温下辐射跃迁和抑制非辐射跃迁,导致上转换发光具有显著的负热猝灭,下转移发光热猝灭较小。其中,布居速率较慢的上转换过程更容易受到时间尺度与之相当的Na^(+)/空位迁移过程的影响。本研究可为理解发光材料热猝灭机制提供另一种视角。

Lu^(3+)掺杂Na_(5)Y_(9)F_(32)∶Ho^(3+)/Yb^(3+)/Ce^(3+)单晶体的增强红色上转换发光与光学温度传感性能

采用密封的坩埚下降法技术生长了一系列Lu^(3+)(摩尔分数0、0.6%、1.2%、1.8%)掺杂Na_(5)Y_(9)F_(32)∶Ho^(3+)/Yb^(3+)/Ce^(3+)单晶体。在980 nm LD激发下,观察到单晶体的绿光543 nm(^(5)S_(2)/^(5)F_(4)→^(5)I_(8))、红光656 nm(^(5)F_(5)→^(5)I_(8))以及近红外750 nm(^(5)S_(2)/^(5)F4→^(5)I_(7))上转换发光。从上转换发光强度随激发光强度的变化情况,确定了543 nm、656 nm与750 nm的发光为双光子跃迁过程。研究了Lu^(3+)离子掺杂浓度对其发光强度与荧光寿命的影响情况,随着Lu^(3+)掺杂浓度从0增加到1.8%,单晶体中的656 nm红光逐步增强,543 nm绿光与750 nm近红外光随之减弱,红绿光强度比从0.01增加到了1.55,而543 nm荧光寿命从1.29 ms降低至0.99 ms。Lu^(3+)离子的掺入取代Y^(3+)晶格位,改变了单晶体的局域场环境,导致上转换发光强度的变化。基于随温度变化的上转换红光656 nm(^(5)F5→^(5)I8)与绿光543 nm(^(5)S_(2)/^(5)F4→^(5)I8)的发光强度变化,研究了1.8%Lu^(3+)掺杂Na_(5)Y_(9)F_(32)∶Ho^(3+)/Yb^(3+)/Ce^(3+)单晶体在298~448 K范围内的绝对灵敏度和相对灵敏度最大值分别为0.242%·K^(-1)和0.217%·K^(-1)。

3μm波段Er^(3+)∶ZBLAN光纤激光器研究进展及展望

3µm激光处于分子指纹区,在医疗外科、气体检测、军事应用等领域都有重要的应用价值。Er^(3+)∶ZBLAN光纤激光器具有效率高、可集成的优点,是3µm激光的主要输出方式。本文从铒离子跃迁产生3µm激光出发,围绕Er^(3+)∶ZBLAN光纤激光器,介绍了3µm激光产生的结构原理及能级系统,总结了实现该波段高功率连续输出和脉冲输出的技术方案和研究进展,重点介绍了基于不同材料可饱和吸收体的调Q和锁模激光器实验研究,并对目前实现3µm波段高功率输出需要解决的问题进行了分析,最后对Er^(3+)∶ZBLAN激光器的发展方向进行了展望。

KYb_(2)F_(7):2%Er^(3+)荧光材料的制备、发光机制及温度传感性能

采用简易水热法制备了正交相KYb_(2)F_(7):2%Er^(3+)上转换荧光材料。利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜确定所合成样品均为六角状纯相材料。在980 nm激光激发下,KYb_(2)F_(7):2%Er^(3+)荧光材料展现了位于527 nm和545 nm的两个绿光发射峰和位于655 nm处的红光发射峰,且上转换发光出现少见的以红光为主的现象。变温光谱结果表明,545 nm和655 nm处的发射强度随温度升高均呈现热猝灭。基于热耦合测温原理,对Er^(3+)的^(2)H_(11/2)→^(4)I_(11/2)和^(4)S_(3/2)→^(4)I1_(1/2)两个热耦合能级进行温度传感性能研究,计算了发光温度计的发光强度比(LIR)、绝对灵敏度(S_(a))、相对灵敏度(S_(r))、温度不确定度(δ_T)和可重复度(R),其中最大相对灵敏度在313 K时为0.99%·K^(-1),最小温度不确定度在313 K时为0.73 K,可重复度超过99%,确保了该温度计的可靠性。实验结果表明KYb_(2)F_(7):2%Er^(3+)荧光材料在温度传感方面具有潜在应用价值。

GdVO_(4):Yb^(3+),Ho^(3+)和GdPO_(4):Yb^(3+),Ho^(3+)荧光粉的上转换发光特性研究

为了探究Yb^(3+),Ho^(3+)分别共掺杂在GdVO_(4)和GdPO_(4)两种基质材料的发光差异性,采用高温固相法制备GdVO_(4):Yb^(3+),Ho^(3+)和GdPO_(4):Yb^(3+),Ho^(3+)上转换发光材料。并采用X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)、拉曼光谱(Raman spectroscopy,Raman)、扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)和荧光光谱对材料的结构、组成、形貌和上转换发光性能进行测试分析。结果表明,合成样品均是纯相,GdVO_(4):Yb^(3+),Ho^(3+)样品形状为不规则块状;GdPO_(4):Yb^(3+),Ho^(3+)样品为米粒状。在980 nm激发下,两种样品都存在绿光和红光发射。与掺杂相同浓度的GdVO_(4):Yb^(3+),Ho^(3+)相比,GdPO_(4):Yb^(3+),Ho^(3+)样品的红绿比较大,色度坐标更接近红光,在生物成像领域具有更大的应用潜力。

新型Al_2O_(3)-CaO-ZnO玻璃制备与Er^(3+)∶2.7 μm中红外发光性能

3 μm波段的中红外光纤激光器在生物医疗、环境监测和军事等领域具有重要的应用前景,在国内外受到了广泛的关注和研究。低声子能量、高效稳定的中红外玻璃作为光纤激光器的核心工作介质,是实现3 μm波段中红外激光的重要基础。本文采用熔融-淬冷法制备了掺Er^(3+)新型Al_2O_(3)-CaO-ZnO玻璃,通过热分析、拉曼光谱、透射光谱以及光致发光光谱等对玻璃的热力学、结构、透过波长范围和中红外发光性能进行了表征。结果表明,Al_(2)O_(3)-CaO-ZnO玻璃具有较高的玻璃化转变温度(~750℃)、较低的声子能量(~780 cm^(-1))以及较宽的透过波长范围(0.5~5 μm);在980 nm激光激发下,在掺Er^(3+)玻璃中观察到了明显的2.7 μm(Er^(3+)∶^(4)I_(11/2)→^(4)I_(13/2))波段荧光发射。研究结果表明Al_(2)O_(3)-CaO-ZnO体系玻璃是一种优良的中红外激光基质材料。

Yb^(3+)/Nd^(3+)掺杂对Sr_(9)Ga(PO_(4))_(7)∶Cr^(3+)发光性能的影响

近红外荧光粉由于其独特的物理特性和广阔的应用前景吸引了人们极大的研究兴趣。本文通过高温固相反应法合成Sr_(9)Ga(PO_(4))_(7)∶0.8Cr^(3+)近红外荧光粉,使用460 nm蓝光激发样品的发射波长位于833 nm,半峰宽为117 nm。随后引入稀土离子合成Sr_(9)Ga(PO_(4))_(7)∶0.8Cr^(3+),Yb^(3+)和Sr_(9)Ga(PO_(4))_(7)∶0.8Cr^(3+),Nd^(3+)近红外荧光粉。相比Sr_(9)Ga(PO_(4))_(7)∶0.8Cr^(3+),460 nm蓝光激发的Sr_(9)Ga(PO_(4))_(7)∶0.8Cr^(3+),Yb^(3+)同时出现Cr^(3+)和Yb^(3+)特征发射峰,经过光谱分析和荧光寿命变化证明Cr^(3+)-Yb^(3+)存在能量传递通道,最高使Cr^(3+)-Yb^(3+)能量传递效率达80.2%,得益于Yb^(3+)卓越的热稳定性促使整体荧光光谱热稳定性提高约3.7倍。设计合成的Sr_(9)Ga(PO_(4))_7∶0.8Cr^(3+),Nd^(3+)样品调制出833,876,1 060 nm的多峰发射,显著拓宽了近红外光谱范围。最终,讨论了荧光粉在温度传感和无损检测领域的应用,证明该系列荧光粉具有广阔的应用前景。

LD泵浦Er^(3+)/Yb^(3+):Lu_(2)Si_(2)O_(7)晶体kHz微型激光器

目前1.5μm LD泵浦的铒镱共掺玻璃/晶体被动调Q微型激光器广泛应用于激光测距、激光雷达等领域。随着激光器输出能量和重频的增加,玻璃面临突出的热效应问题,晶体的热导率是玻璃的10倍以上,有望能够实现比玻璃基质更大脉冲能量和更高重频的激光输出。文中报道了一种采用LD脉冲端面泵浦、铒镱共掺焦硅酸镥晶体为增益介质的1537 nm被动调Q微型激光器。通过优化泵浦光斑大小、输出镜透过率与调Q晶体初始透过率相匹配,实现激光输出重频与泵浦重频一致。最终实现了输出重频为1 kHz、单脉冲能量35μJ、脉冲宽度7 ns、峰值功率为5 kW、光束质量因子M^(2)=1.33的激光输出。以及输出重频为10 kHz、单脉冲能量10μJ、脉冲宽度10 ns、峰值功率为1 kW、光束质量因子M^(2)=1.51的激光输出。结果表明,Er^(3+)/Yb^(3+):Lu_(2)Si_(2)O_(7)晶体是实现高重频1.5μm激光输出的优良介质。文中研究结果对LD脉冲端面泵浦的kHz铒镱共掺晶体被动调Q人眼安全微片激光器具有重要的参考意义。

Er^(3+),Yb^(3+)∶Ba_(3)Gd(PO_(4))_(3)晶体的生长、光谱和1.5μm激光性能

采用提拉法生长了1.85%Er,23.95%Yb∶Ba_(3)Gd(PO_(4))_(3)和1.95%Er,55.73%Yb∶Ba_(3)Gd(PO_(4))_(3)两种晶体(式中Er、Yb浓度为原子数分数)。测量并分析了晶体在室温下的吸收系数谱、上转换荧光谱、发射截面谱、增益截面谱和荧光衰减曲线。1.85%Er,23.95%Yb∶Ba_(3)Gd(PO_(4))_(3)晶体在峰值荧光波长1537 nm处的发射截面、Er^(3+)的4 I 13/2多重态荧光寿命和Yb^(3+)→Er^(3+)的能量传递效率分别为0.54×10^(-20)cm^(2)、9.9 ms和90%;1.95%Er,55.73%Yb∶Ba_(3)Gd(PO_(4))_(3)晶体在峰值荧光波长1537 nm处的发射截面、Er^(3+)的4 I 13/2多重态荧光寿命和Yb^(3+)→Er^(3+)的能量传递效率则分别为0.58×10^(-20)cm^(2)、9.7 ms和93%。基于975 nm半导体激光端面泵浦,在1.85%Er,23.95%Yb∶Ba_(3)Gd(PO_(4))_(3)晶体中实现了97 mW最高功率和27.1%斜效率的1567 nm连续激光输出,在1.95%Er,55.73%Yb∶Ba_(3)Gd(PO_(4))_(3)晶体中实现了93 mW最高功率和17.1%斜效率的1567 nm连续激光输出。

1550 nm激发LuVO_(4):Er^(3+)/Yb^(3+)荧光粉上转换发光特性及温度传感特性

1550 nm红外光作为一种新型上转换光源,具有对人眼损伤小、成本低等优点。为探究1550 nm激发下的上转换发光特性与温度传感可行性,采用高温固相法制备了特定浓度Er^(3+)、不同浓度Yb^(3+)的LuVO_(4)共掺粉体。利用XRD、SEM手段对材料进行表征,探究其在1550 nm激发下的发光性质及在温度传感方面的应用潜力。结果表明,在1550 nm激发下,存在绿光(524 nm和553 nm)和红光发射(660 nm);近红外区域存在较强的801 nm发射。最佳发光强度组分为LuVO_(4):0.2Er^(3+)/0.05Yb^(3+)。可见光区域的发光过程均为三光子过程。此外,在326~596 K范围内,材料存在最大温度灵敏度Sr(524/553)为0.31%K-1@326 K。在1550 nm激发下,LuVO_(4):Er^(3+)/Yb^(3+)材料具有良好的发光性能,显示出在光学测温领域具有潜在应用价值。

双钙钛矿结构Rb_(3)GaF_(6)∶Er^(3+),Yb^(3+)的合成及上转换发光特性研究

双钙钛矿结构化合物具有化学稳定性高、声子能量低、易于稀土离子掺杂和多种可调变的晶体学格位等优点,是一种优良的上转换发光基质材料。本文采用高温固相法在600℃下合成了双钙钛矿结构Rb_(3)GaF_(6)∶Er^(3+),Yb^(3+)上转换发光材料,并采用X射线粉末衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(SEM)和荧光光谱仪对其成分、结构和发光特性进行系统表征。在980 nm激发下,制备的样品在521和548/561 nm处产生的绿光发射分别归因于Er^(3+)的^(2)H_(11/2)-^(4)I_(15/2)、^(4)S_(3/2)-^(4)I_(15/2)能级上的电子跃迁,同时在656 nm处产生的红光发射对应于Er^(3+)的^(4)F_(9/2)-^(4)I_(15/2)能级上的电子跃迁。此外,本文探究了Rb_(3)GaF_(6)∶Er^(3+),Yb^(3+)的上转换发光机理。

溶剂热法制备Ca_(0.65)La_(0.35)F_(2.35):Yb^(3+)/Er^(3+)及其发光性能的研究

以油酸,辛醇和乙二醇作为溶剂体系,采用溶剂热法合成出Yb/Er共掺杂的Ca_(0.65)La_(0.35)F_(2.35)上转换纳米颗粒。通过改变前驱体Yb^(3+)浓度制备样品,并借助使用X-射线衍射仪(XRD)、荧光光谱仪和扫描电镜(SEM)对颗粒进行表征,结果表明,当Yb^(3+)离子浓度为20%时,得到红光发射较强的立方相的Ca_(0.65)La_(0.35)F_(2.35),样品形貌较均匀,尺寸小。因此在生物成像、检测等领域具有潜在的应用价值。

Yb^(3+)和Tm^(3+)共掺透明磷酸盐微晶盐玻璃上转换发光性能

采用熔融冷却法制备了掺杂不同比例Yb^(3+)和Tm^(3+)的磷酸盐玻璃,通过在630℃保温1 h得到透明的微晶玻璃,对样品进行XRD测试,表明析出的晶体为Na_(3.6)Y_(1.8)(PO_(4))_(3),通过Jade6.0计算和TEM分析,其晶粒尺寸均在20~40 nm之间,小于可见光波长,透过率光谱表明,经过热处理之后微晶玻璃仍保持70%以上的透过率。研究了前驱体玻璃和微晶玻璃在980 nm LD泵浦下的上转换荧光光谱,微晶玻璃的上转换效率明显高于前驱体玻璃,在上转换荧光光谱中,475 nm处发射强烈的上转换蓝光,654 nm处发射微弱的红光,795 nm处发射较弱的红外光。随着Yb^(3+)掺杂浓度的增加其上转换效率先增大后减小,Yb^(3+)的掺杂浓度为0.9%时,产生浓度猝灭现象。通过分析上转发光强度与激光器泵浦功率之间的关系,在Yb^(3+)和Tm^(3+)共掺的磷酸盐微晶玻璃中,上转换蓝光、红光和红外光的发射均为双光子过程。解释了Yb^(3+)和Tm^(3+)在磷酸盐微晶玻璃中的上转换发光机制。利用CIE1931计算,可知Yb^(3+)和Tm^(3+)共掺磷酸盐微晶玻璃的上转换发光色度坐标落在了蓝光区域,有望用在光学储存、全色显示、蓝色防伪、蓝光激光玻璃等领域。

双包层Er^(3+)/Yb^(3+)共掺光纤激光器稳态特性的分析

对 98 0nm泵浦光泵浦双包层Er3 + /Yb3 + 共掺光纤激光器进行了数值模拟 ,分析了泵浦光与激光在双包层Er3 + /Yb3 + 共掺光纤中的分布情况、输出功率与泵浦功率的关系、光纤长度与腔镜反射率对输出激光功率的影响 ,计算的最大斜效率为 5 6 .3%,接近于理论计算值的极限。

Er^(3+)/Yb^(3+)共掺光纤激光器中能量上转换的抑制

通过对掺Er3+和Er3+/Yb3+共掺光纤激光器的输出功率进行数值模拟发现 :高浓度的Er3+/Yb3+共掺光纤激光器的最大量子转换效率比同等浓度下的掺Er3+光纤激光器的最大量子转换效率高出一倍。说明由于Yb3+的加入 ,Er3+/Yb3+共掺光纤激光器有效地抑制了能量上转换 。