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。

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%。

LD脉冲泵浦Er^(3+)/Yb^(3+):Lu_(2)Si_(2)O_(7)晶体百kHz激光器

目前1.5μm激光二极管(Laser Diode,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高重频的激光输出。报道了一种通过LD脉冲端面泵浦Er^(3+)/Yb^(3+):Lu_(2)Si_(2)O_(7)晶体的百kHz人眼安全激光器。通过实验优化增益介质掺杂浓度和长度、泵浦光斑尺寸和调Q晶体初始透过率等实验参数,同时适当缩短脉宽,优化泵浦占空比,提高了输出重频的稳定性。最终获得了重频为100 kHz、单脉冲能量0.7μJ、脉冲宽度240 ns、光束质量M^(2)=1.61的1537 nm脉冲激光输出。实现了输出脉冲频率与泵浦的一致,保证了输出重频的稳定性,有效解决了输出重频具有随机性、不稳定、不可控等问题。

准连续c切Er,Yb:YAl_(3)(BO_(3))_(4)激光器的偏振操控

通过构建谐振腔模型,分析了各向同性固体激光器中两个本征模式相干叠加后的光斑奇异特征。并且实验验证了在不使用任何特定的腔内光学偏振选择元件的情况下,在二极管泵浦的准连续c切Er,Yb:YAl_(3)(BO_(3))_(4)激光器中可以有效操控1.6μm输出激光的偏振态。实现了从部分偏振态转化成稳定的线偏振态,其线偏振方向为可切换的正交特殊情况,均具有21 dB的偏振消光比。同时通过光斑对比,验证了激光器的线偏振输出来源于两个正交本征模式的相干叠加。文中为c切Er,Yb:YAl_(3)(BO_(3))_(4)激光器线偏振光的直接输出与偏振态的调控提供了可靠的方案。

Fe、La掺杂和氧缺陷对CeO_(2)表面吸附As_(2)O_(3)的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论研究了As_(2)O_(3)(g)在Fe、La掺杂CeO_(2)(110)表面及氧缺陷LaCeO(110)表面的吸附行为,探索了LaCeO表面砷吸附能力显著高于FeCeO表面的主要原因。结果表明,As_(2)O_(3)(g)的吸附效果与吸附位点数量、吸附能、键长和电荷转移密切相关。纯CeO_(2)表面的吸附主要为化学吸附,吸附能绝对值大于−4.22 eV,电荷转移量为(−0.19)−(−0.31)e,As_(2)O_(3)得到电荷带负电,起表面受主作用,因此吸附量较小。FeCeO(110)表面新增Fe顶位和Bridge-2桥位两个吸附位,其中,Fe顶位为化学吸附,Fe掺杂改变了FeCeO表面电子分布和晶格结构,但并未改变As_(2)O_(3)与FeCeO之间的电荷转移方向,因此,As_(2)O_(3)仍呈负离子形式吸附。LaCeO(110)表面新增了三个吸附位:La顶位、Bridge-3桥位和Hollow-2空位,La掺杂改变了As_(2)O_(3)与LaCeO之间的电荷转移方向,使得As_(2)O_(3)失电子呈正离子吸附,起表面施主作用,因此,吸附能力增强。无O_(2)环境下,单一O缺陷LaCeO(110)表面吸附能力低于完整LaCeO表面;有O_(2)环境下,O缺陷有利于As_(2)O_(3)的吸附。

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。

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。

NaGd(MoO_(4))_(2)∶Er^(3+),Yb^(3+)发光粉的合成与上转换发光性质

采用水热法合成了系列NaGd(MoO_(4))_(2)∶Er^(3+),Yb^(3+)上转换发光粉。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和上转换发光光谱仪等对样品的结构、形貌和发光性能进行表征。结果显示,合成的样品均具有四方晶系NaGd(MoO_(4))_(2)结构;pH对样品的形貌有影响;980nm红外光激发下,NaGd(MoO_(4))_(2)∶Er^(3+),Yb^(3+)上转换发光粉显示来自于Er^(3+)的^(2)H_(11/2)→^(4)I_(15)和^(4)S_(3/2)→^(4)I_(15/2)跃迁产生的绿光发射和4I 9/2→4I 15/2跃迁产生的红光发射。比较各样品的发光强度和绿光/红光相对积分强度比,结果显示上转换发光强度和绿光/红光相对积分强度比与晶粒尺寸、晶粒表面形貌,以及Er^(3+)和Yb^(3+)掺杂浓度有关。讨论了可能的上转换发光过程,并计算了样品的色坐标。

Y_(2)O_(3):Yb^(3+),Er^(3+)上转化荧光纳米粒子在潜指纹显现中的应用

文章通过高温煅烧方法制备出Y_(2)O_(3):Yb^(3+),Er^(3+)纳米粒子,通过XRD、TEM和元素面扫描对其特性进行研究。通过该方法成功制备出Y_(2)O_(3):Yb^(3+),Er^(3+)纳米粒子,该纳米粒子具有较好的分散性,尺寸约为100 nm。在980 nm近红外光的激发下,产生绿色和红色两个发光带。Y_(2)O_(3):Yb^(3+),Er^(3+)在980 nm近红外光的激发下,可以有效地显现红色纸盒和绿色塑料卡片等带有颜色干扰的非渗透性客体表面的潜指纹,由于激发波长为近红外光,可以完全避免背景荧光的干扰,最大程度上显现指纹的一级和二级结构特征。此外,在与商品红色荧光粉末的比较研究中发现,在有荧光特性的渗透性客体表面的潜指纹显现中,Y_(2)O_(3):Yb^(3+),Er^(3+)纳米粒子具有优势,呈现出更加清晰的指纹轮廓和纹线,可以有效消除背景花纹的干扰,具有较高的灵敏度和选择性。

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。

静电纺丝法制备La0.375Sm0.125Sr0.5CoO3-δ阴极及其性能研究

优化固体氧化物燃料电池(SOFC)的电极微观结构、对电极材料进行掺杂取代是提高阴极催化活性的常用手段。本文使用镧元素对传统Sm0.5Sr0.5CoO3-δ (SSC)阴极进行部分取代并通过静电纺丝法制备了La0.375Sm0.125Sr0.5CoO3-δ (LSSC)纤维阴极,研究了前驱体溶液中PVB浓度对纤维物相结构和微观形貌的影响,测试了LSSC对称电池在550℃~750℃间的交流阻抗和反应级数。结果显示,当PVP为9 wt.%时能够制得直径约200 nm、粗细均匀且长度较长的LSSC纤维,在进一步制备成阴极后也基本保留了纤维结构,这有利于氧气向电极内部扩散;LSSC对称电池在700℃时的极化电阻仅0.06 Ω·cm2,性能优异。研究表明,LSSC纤维阴极是一种有潜力的中温SOFC阴极材料。

掺杂LaF_3∶Er,Yb纳米颗粒的有机无机复合型平面光波导放大器的制备及增益测试

采用油酸修饰的铒镱共掺氟化镧纳米颗粒掺杂的有机-无机杂化材料做为光波导放大器的有源层,同时采用光学性质良好的甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸环氧丙酯共聚物制作光波导的上下包层,首先说明了芯层材料不能刻蚀制备传统矩形波导的原因,其次设计了一种倒脊结构的平面光波导放大器,并采用蒸镀铝掩膜、紫外光刻和反应离子刻蚀等工艺,制备出放大器的样品,同时对样品端面进行了化学机械抛光处理,在信号光(1 550 nm)功率为1 mW的条件下,在1.9 cm长度的波导上获得了3.2 dB的相对增益.

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。

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。

掺杂浓度对BaGd_2ZnO_5∶Er^(3+)/Yb^(3+)荧光粉上转换发光的影响

采用传统高温固相法合成了一个系列不同Er3+浓度单掺的BaGd2ZnO5荧光粉和两个系列分别改变Er3+、Yb3+浓度的共掺杂BaGd2ZnO5荧光粉.采用X射线衍射对得到荧光粉的晶体结构进行了分析,证实所有产物均为纯相BaGd2ZnO5,掺杂浓度的变化未引起晶相改变.采用980nm激光作为激发源,在同样条件下测量了不同稀土掺杂浓度样品的上转换发射光谱.实验发现Er3+单掺杂样品的绿色上转换发光强于红色上转换发光;当Yb3+浓度为20%,不同Er3+浓度共掺杂样品的红色上转换发光强于绿色发射上转换发射;而固定Er3+浓度为5%,不同Yb3+浓度样品的红色和绿色上转换发射强度均较强.研究了不同稀土离子掺杂浓度样品的上转换发光强度与激光器工作电流(即不同激发功率密度)的关系,通过分析发现所有样品的红色和绿色上转换发光均为双光子过程.计算了不同稀土掺杂浓度样品的色坐标,发现掺杂浓度对样品色坐标具有较大影响,通过调整掺杂浓度可对色坐标进行调整.

Er^(3+)/Yb^(3+)共掺杂SrF_2纳米晶的合成及上转换发光特性

利用水热法以聚乙二醇作为分散剂合成了Er3+和Yb3+共掺的SrF2纳米晶。在980 nm半导体激光器激发下,研究了不同Er3+离子掺杂浓度对发光性能的影响,确定了最佳掺杂浓度比,讨论了退火温度对样品发光的影响及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。用X射线衍射和透射电镜对样品的结构和粒度进行了分析。研究结果表明:用水热法在180℃保温13 h下,合成的样品粒径约为50 nm;当cYb3+∶cEr3+=4∶1,而对Er3+掺杂浓度为1.3mol%时,样品上转换发光强度达到最强。

Yb^(3+)/Er^(3+)掺杂氟氧化物微晶玻璃的制备与发光性能

采用高温熔融法制备了Yb3+/Er3+掺杂的氟氧化物发光微晶玻璃,确定了最佳熔化温度(1 100℃)和退火温度(440℃,480℃)。测定得到基质玻璃的透过率为85%,掺入稀土后,透过率有所下降,并出现了稀土离子的特征吸收峰。980 nm半导体激光器(LD)激发下样品的上转换发射光谱存在4个明显的发射峰,分别为410,532,546和656 nm,对应于2H9/2→4I15/2,2H11/2→4I15/2,4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2跃迁。研究了不同Yb3+/Er3+(摩尔分数)和Er3+浓度对上转换发光强度的影响,当Yb3+∶Er3+=4∶1、Er3+摩尔分数为1.5%时,上转换发光强度达到最高。根据发光强度与泵浦功率之间的关系,确定了上转换发射均为双光子过程。讨论了Yb3+,Er3+离子间的能量传递,建立了上转换发光机制。

Er^(3+)单掺与Er^(3+)/Yb^(3+)双掺杂Bi_2O_3-GeO_2-B_2O_3-ZnO玻璃的光谱研究

用高温融熔法制备了Er3+单掺与Er3+/Yb3+双掺杂的(60-x)Bi2O3-xGeO2-30B2O3-10ZnO(x=5,10,20,30)系统玻璃。用差热曲线(DTA)研究了该玻璃系统的热稳定性。结果表明,GeO2的掺入,使得玻璃的软化温度与结晶起始温度的差增加,玻璃的稳定性与料性增加。测定了玻璃的吸收光谱。应用McCumber理论计算了Er3+离子的受激发射截面及Er3+离子4I13/2-4I15/2发射光谱的荧光半高宽。从吸收光谱特性出发,应用J-O理论计算了玻璃中Er3+离子的强度参数(Ω2,Ω4,Ω6),Er3+离子的自发跃迁几率、荧光分支比以及辐射寿命。在970 nm波长的激发下,研究了样品在红外波段的荧光光谱。Yb2O3的掺入,大幅度地提高了970 nm波长的抽运效率以及在1.54μm波段的发光强度。

Er^3＋／Yb^3＋共掺杂ZnO粉末的上转换发光特性

采用高温氧化法制备了Er3+/Yb3+共掺杂ZnO粉。通过X射线衍射和扫描电镜对其进行了成分和组织结构分析,发现样品主要由ZnO和YbF3组成。在ZnO中测量到少量Er3+和Yb3+,而YbF3中无Er3+,故发光主要是由ZnO产生的。在980nm半导体激光器的激发下,观察到由处于激发态能级4F9/2,4S3/2,2H11/2和2H9/2的Er3+离子向基态4I15/2跃迁时发出的波长依次为658,538,522和409nm的上转换发光。在488nmAr+激光器的激发下,观察到了较强的409nm的紫光,466和450nm的弱蓝光以及379nm的紫外光,分别对应于Er3+离子的2H9/2→4I15/2,2P3/2→4I11/2,4F3/2/4F5/2→4I15/2,4G11/2→4I15/2等跃迁。上转换发光强度随激发功率的变化关系表明,488nm激发下紫色上转换荧光为双光子过程,主要是通过Er3+/Yb3+离子间正向和反向的能量传递来实现的。

980nm激光激发下Er^(3+)和Yb^(3+)共掺杂氟氧玻璃的上转换发光

制备了一种新型的上转换发光材料 ,它不仅具有较高的上转换发光效率 ,而且还避免了氟化物基质的缺点。其组分为 5 8.5 2 %PbF2 34.4 3%GeO2 3%Al2 O3 0 .0 5 %Er2 O3 4 %Yb2 O3 ,其中GeO2 为玻璃形成体氧化物 ,PbF2 和Al2 O3 为调整剂 ,以共掺杂Er3 + 和Yb3 + 离子为上转换研究的对象。测量了该玻璃系统在 980nm半导体激光器激发下的上转换发光光谱 ,观察到很强的 6 5 8nm的红光和 5 4 8,5 2 6nm的绿光 ,而且红光的发射强度远远强于绿光。通过对上转换发光强度与激发强度关系曲线的拟合 ,表明此材料的绿光发射和红光发射都为双光子过程。研究了激发光的工作电流与上转换荧光强度的关系 。