Li+对稀土离子掺杂玻璃材料发光增强的机制研究

论文摘要

稀土离子掺杂的上转换发光材料由于在绿色照明、生物荧光标识、信息显示以及光电子学等领域的广泛应用前景而得到人们的重视。掺稀土离子的玻璃是目前激光材料领域的研究热点之一。提高稀土离子上转换发光效率成为目前研究的重点。本论文主要研究了Li+离子与稀土离子共掺纳米晶材料和玻璃材料的光谱性质,发现Li+离子能够增强稀土离子荧光强度,并用Judd-Oflet理论分析了上转换发光增强的机制。采用溶胶凝胶法制备不同Li+离子掺杂浓度的Tm3+/Yb3+共掺的Y2O3纳米晶材料。在红外光976 nm激发下观测到Tm3+可见光发射,发现在Li+离子掺入后,Tm3+的紫外（1D2→3H6）、蓝光（1G4→3H6）、红光（1G4→3H4）和近红外光（3F4→3H6）发光的强度都有极大增强,其中紫外光最大增强36倍。由此得出Li+是一种很好的Tm3+离子的荧光增强剂。通过对光谱和功率曲线的分析,根据能级匹配条件及Tm3+能级图解释了发光机制,Li+离子的掺入并未改变发光机制。采用固相反应方法制备了一系列不同Li+掺杂浓度的Tm3+/Yb3+共掺的硼硅酸盐玻璃、Tm3+/Yb3+共掺硅酸盐玻璃、Er3+掺杂的硼硅酸盐玻璃样品。测量了样品的吸收谱和光致发光谱。在红外光976 nm激发下观察到在Li+掺入后,各种稀土离子的上转换荧光强度均有增强,并且其吸收光谱强度也略有增加。研究表明Li+离子对稀土离子掺杂材料荧光的增强具有普遍性。用Judd-Oflet理论计算了Li+/Tm3+/Yb3+共掺硼硅酸盐和硅酸盐玻璃的J-O强度参数?λ、自发辐射几率、跃迁寿命、荧光分支比,吸收和发射截面。结果显示掺入Li+后Tm3+的J-O强度参数、自发辐射几率、吸收截面和发射截面增大。这说明Li+的掺入确实通过改变稀土离子周围的局域结构,增强其4f电子跃迁几率,从而增强稀土离子的上转换发光效率和荧光强度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 稀土元素简介及提高稀土离子发光的方法
• 1.2 上转换发光概念及基本跃迁机制
• 1.3 稀土离子掺杂的光学玻璃概述
• 1.3.1 稀土离子在玻璃基质中的发光性质
• 1.3.2 各种稀土离子掺杂的玻璃
• 1.4 稀土离子掺杂的玻璃材料的应用及国内外研究进展
• 1.5 本论文的选题意义和目的
• 1.6 本论文的研究内容
• +/Tm³⁺/Yb³⁺共掺Y₂O₃纳米晶材料的制备和光谱特性分析'>第2章 Li⁺/Tm³⁺/Yb³⁺共掺Y₂O₃纳米晶材料的制备和光谱特性分析
• 2.1 引言
• +/Tm³⁺/Yb³⁺共掺Y₂O₃纳米晶材料的制备'>2.2 Li⁺/Tm³⁺/Yb³⁺共掺Y₂O₃纳米晶材料的制备
• +/Tm³⁺/Yb³⁺共掺Y₂O₃纳米晶材料的光谱特性'>2.3 Li⁺/Tm³⁺/Yb³⁺共掺Y₂O₃纳米晶材料的光谱特性
• +/Tm³⁺/Yb³⁺共掺Y₂O₃纳米晶材料的上转换发光现象'>2.3.1 Li⁺/Tm³⁺/Yb³⁺共掺Y₂O₃纳米晶材料的上转换发光现象
• 2.3.2 发光机理分析
• +离子对Tm³⁺上转换荧光增强的机制分析'>2.3.3 Li⁺离子对Tm³⁺上转换荧光增强的机制分析
• 2.4 本章小结
• +/Tm³⁺/Yb³⁺共掺硼硅酸盐玻璃的制备和光谱特性分析'>第3章 Li⁺/Tm³⁺/Yb³⁺共掺硼硅酸盐玻璃的制备和光谱特性分析
• 3.1 引言
• +/Tm³⁺/Yb³⁺共掺硼硅酸盐玻璃的制备'>3.2 Li⁺/Tm³⁺/Yb³⁺共掺硼硅酸盐玻璃的制备
• +/Tm³⁺/Yb³⁺共掺硼硅酸盐玻璃的光谱特性'>3.3 Li⁺/Tm³⁺/Yb³⁺共掺硼硅酸盐玻璃的光谱特性
• +/Tm³⁺/Yb³⁺共掺硼硅酸盐玻璃的上转换发光现象'>3.3.1 Li⁺/Tm³⁺/Yb³⁺共掺硼硅酸盐玻璃的上转换发光现象
• +/Tm³⁺/Yb³⁺共掺硼硅酸盐玻璃的吸收光谱'>3.3.2 Li⁺/Tm³⁺/Yb³⁺共掺硼硅酸盐玻璃的吸收光谱
• +/Tm³⁺/Yb³⁺共掺硅酸盐和Li⁺/Er³⁺共掺硼硅酸盐玻璃的光谱特性'>3.4 Li⁺/Tm³⁺/Yb³⁺共掺硅酸盐和Li⁺/Er³⁺共掺硼硅酸盐玻璃的光谱特性
• 3.5 本章小结
• 第4章 Judd-Ofelt理论分析
• 4.1 引言
• 4.2 Judd-Ofelt理论
• 3+光学性质的J-O计算'>4.3 Tm³⁺光学性质的J-O计算
• 4.4 吸收截面和发射截面
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢