稀土离子掺杂氟氧化物玻璃陶瓷上转换光致发光的研究

摘要

三价稀土离子具有丰富的能级，其掺杂的上转换发光材料在绿色照明、生物荧光标识、短波长激光器、信息显示以及光电子学等领域有着广泛应用前景。掺杂稀土离子的玻璃陶瓷是目前激光材料领域的研究热点之一。本论文主要研究了Er3+/Yb3+，Tm3+/Yb3+和Tm3+/Er3+/Yb3+掺杂NaYF4玻璃陶瓷的光谱性质与上转换发光机制。
　　 用熔融法制备了稀土离子Er3+/Yb3+共掺，Tm3+/Yb3+共掺和Tm3+/Er3+/Yb3+共掺NaYF4玻璃陶瓷。XRD表征玻璃中包含NaYF4纳米晶。
　　 在红外激光976 nm激发下，观测了Er3+/Yb3+共掺，Tm3+/Yb3+共掺和Tm3+/Er3+/Yb3+共掺NaYF4玻璃陶瓷的上转换荧光光谱。其中，在Er3+/Yb3+共掺的样品中观察到峰值为668 nm红光(4I9/2→4I15/2)，峰值为520 nm(2H11/2→4I15/2)和550 nm(4S3/2→4I15/2)绿光；在Tm3+/Yb3+共掺的样品中观察到475 nm蓝光(1G4→3H6)，651 nm红光(1G4→3H4)和790nm近红外光(3H6→3H4)；在Tm3+/Er3+/Yb3+共掺的样品中同时观察到明亮的蓝光(475nm)，绿光(530 nm和550 nm)和红光(651 nm和668 nm)。红、绿和蓝光光强积分随着掺杂浓度的改变而变化。通过对光谱和功率曲线的分析，根据能级匹配条件及Er3+，Tm3+和Yb3+能级图解释了发光机制，475 nm和651 nm荧光发射主要是三光子过程，520 nm，550 nm，668 nm和790nm荧光发射主要是双光子过程。
　　 根据吸收光谱，利用Judd-Oflet理论计算了Er3+和Tm3+的J-O强度参数Ωλ，Ωλ可以定量地表示发光强度的大小。计算得到的样品中Er3+和Tm3+发光强度数值的变化规律与实验结果相吻合。