Upconversion Luminescence Properties of Ho^(3+),Tm^(3+),Yb^(3+) Co-Doped Nanocrystal NaYF_4 Synthesized by Hydrothermal Method

Nanocrystal of upconversion （UC） phosphor Ho^3＋, Tm^3＋ , and Yb^3＋ co-doped NaYF4 was prepared by the hydrothermal method in the presence of the complexing agent EDTA. Under 980 nm diode laser excitation, the impact of different concentrations of Ho^3＋ ion on the UC luminescence intensity was discussed. The law of luminescence intensity versus pump power shows that the 474 nm blue emission, 538 nm green emission, and 642 nm red emission are all due to the two-photon process, while the 450 nm blue emission is a three-photon process. The UC mechanism and processes were also analyzed. The sample was characterized by transmission electron microscopy （TEM） and X-ray diffraction （XRD）. The result shows that Ho^3＋ ,Tm^3＋ , and Yb^3＋ co-doped NaYF4 prepared by the hydrothermal method exhibits a hexagonal nanocrystal.

Spectroscopic properties and mechanism of Tm^(3+)/Er^(3+)/Yb^(3+) co-doped oxyfluorogermanate glass ceramics containing BaF_2 nanocrystals

Transparent Tm^3＋/Er^3＋/yb^3＋ co-doped oxyfluorogermanate glass ceramics containing BaF2 nanocrystals are prepared. Under excitation of a 980-nm laser diode （LD）, compared with the glass before heat treatment, the Tm^3＋/Er^3＋/yb^3＋ co-doped oxyfluorogermanate glass ceramics can emit intense blue, green and red up-conversion luminescence and Stark- split peaks; X-ray diffraction （XRD） and transmission electron microscope （TEM） results show that BaF2 nanocrystals with an average diameter of 20 nm are precipitated from the glass matrix. Stark splitting of the up-conversion luminescence peaks in the glass ceramics indicates that Tm^3＋, Er^3＋ and （or） Yb^3＋ ions are incorporated into the BaF2 nanocrystals. The up-conversion luminescence intensities of Tm^3＋, Er^3＋ and the splitting degree of luminescence peaks in the glass ceramics increase significantly with the increase of heat treat temperature and heat treat time extension. In addition, the possible energy transfer process between rare earth ions and the up-conversion luminescence mechanism are also proposed.

Spectroscopy and Energy Transfer in Yb^(3+) and Tm^(3+) Co-doped Gd_3Ga_5O_(12) Crystal

Yb3＋/Tm3＋ co-doped Gd3Ga5O12 single crystal with a dimension of Φ30mm×20mm was grown successfully by Czochralski method.The absorption spectrum was recorded at room temperature and used to calculate the absorption cross-section.Based on the Judd-Ofelt（J-O） theory,we obtained the three intensity parameters and spectral parameters of this crystal,such as the line strengths,oscillator strengths,radiative probabilities and radiative lifetimes as well as the fluorescent branching ratios.Room temperature fluorescence spectra and luminescence decay curves were recorded.The energy transfer between Yb3＋-Tm3＋ was observed and the mechanism was discussed.The stimulated emission cross-section of the 3F4→3H6 transition was calculated by the Füchtbauer-Ladenburg（F-L） equation.The potential laser gains for this transition were also investigated.This crystal is promising as a tunable infrared laser crystal at 2.0 μm.

不同掺杂浓度的NaGdF_4∶Ho^(3+),Tm^(3+),Yb^(3+)发光粉的上转换发光

采用水热法制备了掺杂不同比例Ho3+/Tm3+和不同Yb3+浓度的Na Gd F4∶Ho3+,Tm3+,Yb3+上转换发光粉,对其结构和上转换发光性能进行了表征。XRD研究结果表明:所有的样品均为六方结构Na Gd F4。980 nm红外光激发下,稀土掺杂的Na Gd F4发光粉显示分别来自于Ho3+离子5S2,5F4(Ho)→5I8(Ho)跃迁发射的绿光,5F5(Ho)→5I8(Ho)跃迁发射的红光,5S2,5F4(Ho)→5I7(Ho)跃迁发射的近红外光;来自Tm3+离子1D2(Tm)→3F4(Tm)和1G4(Tm)→3H6(Tm)跃迁发射的蓝光,1G4(Tm)→3F4(Tm)跃迁发射的红光,3H4(Tm)→3H6(Tm)跃迁发射的红外光。研究了Ho3+/Tm3+比例和Yb3+浓度对发光粉上转换发光性能的影响,并讨论了体系的上转换发光机制。计算的发光粉色坐标显示:掺杂Ho3+/Tm3+比例和Yb3+浓度的变化能调控样品上转换发光颜色。

Tm^(3+)和Ho^(3+)双掺氟锗酸盐玻璃的中红外发光性质

用高温熔融法制备了Tm3+和Ho3+离子双掺的65GeO2-12AlF3-10BaF2-8Li2O-5La2O3氟锗酸盐玻璃.应用Judd-Ofelt理论,获得了Ho3+离子的强度参量(Ω2,Ω4,Ω6),自发辐射跃迁几率Ar,辐射寿命τ等光谱参量.根据McCumber理论,计算了玻璃中Tm3+和Ho3+离子的吸收截面σa、受激发射截面σe和增益光谱G(λ).在808nm激光二极管激发下,研究分析了Tm3+离子的交叉弛豫过程和Tm3+敏化Ho3+离子的2.0μm的红外发射光谱.结果表明,一定浓度Ho3+的共掺提高了Tm3+(3F4)→Ho3+(5I7)之间的能量转移效率,增强了~2.0μm的红外发光.

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%。

Ho^(3+)/Tm^(3+)共掺Ge-Ga-S-CsI玻璃的2.0μm中红外发光特性的研究

用熔融急冷法制备了系列Ho3+/Tm3+共掺的78GeS2-12Ga2S3-10CsI玻璃样品,测试了样品的吸收光谱以及808 nm激光泵浦下的2μm中红外荧光光谱。用Judd-Ofelt理论计算了Ho3+离子在78GeS2-12Ga2S3-10CsI硫卤玻璃中的强度参数Ωi(i=2,4,6)、自发辐射跃迁概率Arad和辐射寿命rτ等光谱参数,以及Ho3+离子在2μm处的吸收截面aσ、发射截面eσ和增益系数G(λ)。讨论了808 nm激光泵浦下的样品中红外荧光特性与Tm3+离子掺杂浓度之间的关系,分析了Tm3+和Ho3+之间的能量转移机制。结果表明,Ho3+/Tm3+共掺的78GeS2-12Ga2S3-10CsI玻璃是一种理想的2μm激光基质材料。

Tm^(3+)/Ho^(3+)共掺碲酸盐玻璃2.0μm发光性质研究

研究了Tm3+/Ho3+离子共掺碲酸盐玻璃的光谱性质,应用Judd-Ofelt理论计算了玻璃的各项光谱参数,推导了速率方程。表明3H4→3F4自发辐射跃迁几率很小,这一跃迁发射为一自终止系统。Tm3+离子3F4上粒子数主要来源于3H4+3H6→23F4的交叉弛豫过程。玻璃的荧光光谱表明,随着Ho2O3浓度的增加,Tm3+离子3F4→3H6跃迁的1.8μm发光强度降低,而Ho3+离子5I7→5I8跃迁的2.0μm发光强度迅速升高,说明Ho2O3浓度的增加,Tm3+离子和Ho3+离子间的能量转移作用逐渐加强。

掺Cr^(3+),Tm^(3+),Ho^(3+)离子的YAG晶体的光谱性能

作者测试了Ｃｒ３＋，Ｔｍ３＋和Ｈｏ３＋离子在ＹＡＧ晶体中的吸收谱、荧光谱及荧光衰减寿命。计算了Ｃｒ３＋向Ｔｍ３＋和Ｈｏ３＋及Ｔｍ３＋向Ｈｏ３＋的能量转移效率。表明在（Ｃｒ，Ｔｍ，Ｈｏ）：ＹＡＧ晶体中由于加入Ｃｒ３＋，Ｔｍ３＋离子，使Ｈｏ３＋离子被敏化，荧光强度增大。（Ｃｒ，Ｔｍ。

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。

PbO对Tm^(3+)/Ho^(3+)/Yb^(3+)共掺碲酸盐玻璃三基色上转换发光的影响

用高温熔融法制备了Tm3+/Ho3+/Yb3+共掺碲酸盐玻璃,在TeO2-ZnO-La2O3玻璃组分的基础上,引入声子能量较低的PbO,研究了PbO对基质样品拉曼光谱以及Tm3+/Ho3+/Yb3+共掺样品上转换发光光谱的影响。结果表明,随着PbO含量的增加,样品的最大声子能量下降比较明显,同时样品的声子态密度也有减小趋势;在975nm波长激光二极管(LD)激励下,随着PbO含量的增加,Tm3+/Ho3+/Yb3+共掺样品上转换蓝光(480nm)、绿光(546nm)和红光(662nm)的发光强度都有明显增强,且PbO的引入对上转换蓝光发光强度的影响要大于其对绿光和红光的影响。

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。

Tm^(3+)/Ho^(3+)共掺碲酸盐微结构光纤激光器

用棒管法拉制了Tm3+/Ho3+掺杂的碲酸盐微结构光纤,并获得了2μm的激光输出。以1 560 nm的Er3+掺杂石英光纤激光器作为泵浦源,在22 cm长的微结构光纤中,得到了最大功率为8.34 m W、波长为2 065 nm的连续激光输出,泵浦光功率为507 m W,斜率效率为2.97%。研究结果表明,Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐微结构光纤是一种用于研制2μm激光器的理想材料。

Tm^(3+)掺杂和Tm^(3+)/Ho^(3+)共掺2.0μm波段激光晶体研究

2.0μm波段激光在医疗、环保和军事等领域具有十分重要的用途。采用半导体激光泵浦Tm3+掺杂及Tm3+/Ho3+共掺的晶体是实现2.0μm波段激光的主要途径。本文概述了几类用于2.0μm波段激光增益材料的典型晶体,重点介绍了本课题组近年来在探索新型2.0μm波段激光晶体方面的一些研究成果。

Tm^(3+)/Ho^(3+)离子掺杂中红外超快激光技术研究进展(特邀)

稀土离子Tm^(3+)/Ho^(3+)掺杂中红外2μm波段超快激光由于广泛的应用前景成为近十余年来激光领域的研究热点之一。文中首先综述了稀土离子Tm^(3+)/Ho^(3+)掺杂固体/光纤2μm波段超快激光锁模技术进展,包括主动锁模技术以及饱和吸收、克尔透镜、非线性偏振旋转、非线性光环形镜、非线性多模干涉等被动锁模技术;其次,结合激光增益介质及色散管理技术回顾了Tm^(3+)/Ho^(3+)掺杂固体和光纤锁模激光脉冲宽度压缩进展;再次,总结了Tm^(3+)/Ho^(3+)大能量/高功率超快激光技术及进展;最后,对2μm波段超快激光发展趋势进行了总结和展望。

Tm^(3+)/Er^(3+)/Ho^(3+)共掺SiO_2-Bi_2O_3-AlF_3-BaF_2玻璃发光性能

采用高温熔融法制备了Tm^(3+)/Er^(3+)/Ho^(3+)共掺的铋硅酸盐50SiO 2-40Bi_2O_3-5AlF_3-5BaF_2玻璃。研究了在808 nm激光器(Laser Diode)激发下Tm^(3+)/Er^(3+)/Ho^(3+)共掺的铋硅酸盐在2 060 nm处的发光性能,同时测试及分析了该铋硅酸盐玻璃的差热特性、吸收光谱及荧光光谱。根据吸收光谱以及Judd-Oflet理论,计算了Ho^(3+)的Judd-Oflet强度参数Ωt(t=2,4,6)以及Tm^(3+)/Er^(3+)/Ho^(3+)相应的吸收截面。铋硅酸盐玻璃中,Tm_2O_3、Er_2O_3和Ho_2O_3掺杂浓度分别为0.75%、1.0%和0.5%时,2 060 nm处Ho^(3+)∶5I7→5I8发射峰强度达到最大。对Tm^(3+)/Er^(3+)/Ho^(3+)3种离子的光谱性质和离子间可能存在的能量传递也做了分析。Ho^(3+)在1 953 nm处的最大吸收截面σabs为9.08×10-21 cm^2,在2 060 nm处的最大发射截面σem为1.168×10-20 cm^2,辐射寿命τmea为2.75 ms,具有良好的增益效应σemτ(3.212×10-20cm^2·ms)。

Sr_2CeO_4/Ln^(3+)(Ln=Er,Ho,Tm)的微波合成与荧光性质

首次采用微波法合成了Sr2CeO4/Ln3+(Ln=Er,Ho,Tm)荧光体.研究了样品的荧光性质,并观察到Er3+,Ho3+,Tm3+掺杂的Sr2CeO4材料的上转换发光现象.荧光光谱证实,存在基质Sr2CeO4向稀土离子Ln3+的能量传递.

Ho3+\Yb3+\Tm3+\Ce3+共掺铋碲酸盐玻璃的2μm发光性能

通过高温熔融法制备了Ho3+\Yb3+\Tm3+\Ce3+共掺铋碲酸盐玻璃(60Bi2O3-20TeO2-10ZnO-10BaF2)并测试分析了其热稳定性、拉曼散射性能、吸光性能与受激发射性能。研究了Ce3+浓度对2μm发光的影响。根据Judd-Ofelt理论,分析计算了Ho3+的各项光谱参数,计算了Ho3+的吸收截面与发射截面。研究结果表明,在980nmLD激发下,当掺杂0.6mol%Ce3+时,2μm发射峰强度增加60%。Ho3+∶5I7能级的寿命达5.02ms,2μm处的最大发射截面为0.49×10-20cm2。这些性能表明Ho3+\Yb3+\Tm3+\Ce3+共掺铋碲酸盐玻璃是一种良好的2μm激光玻璃。

SiO_2-Bi_2O_3-BaF_2-AlPO_4玻璃掺杂Ho^(3+)/Tm^(3+)/Yb^(3+)的发光性能

以铋硅酸盐玻璃(SiO_2-Bi2O_3-BaF_2-AlPO_4)为基质,通过掺杂Ho^(3+)、Tm^(3+)、Yb^(3+)稀土离子,制备激光波长为2μm的光纤激光器。对玻璃的声子能量、物理和光学性能进行了研究,确定基质配方为50SiO_2-40Bi_2O_3-5BaF_2-5AlPO_4(SBBA,其中化学式前的系数为对应物质的摩尔分数,下同)。在玻璃基质中分别掺杂0.5Ho_2O_3-2.0Yb_2O_3(HY)、0.5Ho_2O_3-0.5Tm_2O_3-2.0Yb_2O_3(0.5HTY)及0.75Ho_2O_3-0.75Tm_2O_3-3.0Yb_2O_3(0.75HTY),研究了980nm激发波长下样品的吸收、发射光谱和Judd-Oflet理论光谱参数。研究发现SBBA-0.75HTY中Ho^(3+)的吸收截面、发射截面(σem)、FWHM(半峰宽)×σem数值最大,分别为7.38×10^(-21)、10.54×10^(-21) cm^2和19.71×10^(-26) cm^3。掺入Tm_2O_3改善了玻璃激光器性能,且当Yb^(3+)/Tm^(3+)/Ho^(3+)物质的量之比一定时,增加稀土离子含量,可加强红外发光及增益效果。

Tm3+/Ho3+/Yb3+掺杂Ga2O3-GeO2-Li2O玻璃的上转换发光性能研究

采用熔融淬冷法制备了Tm^3＋/Ho^3＋/Yb^3＋掺杂的Ga2O3-GeO2-Li2O玻璃。测试了样品的拉曼光谱、吸收光谱、980 nm和808 nm泵浦下的上转换发射光谱。详细调查了在980 nm和808 nm激发下不同的Yb2O3掺杂含量对Tm^3＋/Ho^3＋掺杂的镓锗锂玻璃的上转换发射光谱的影响,分析了稀土离子间的能量传递。研究发现：980 nm泵浦下样品观察到明显的545 nm和657 nm发射和微弱的476 nm发射峰。随着Yb^3＋浓度的增大,由于Yb^3＋对Tm^3＋和Ho^3＋的有效的能量传递增强了红光和绿光发射强度,红光的增长率是快于绿光的,Yb2O3的掺杂量为0.7 mol%时I657/I545强度比率达到最高。808 nm激发下可以观察到弱的476 nm的蓝光和545 nm的绿光及强烈693 nm发射。