Li+离子掺杂对Er3+离子蓝、紫外上转换发光的增强

论文摘要

发展短波长固体激光器是稀土离子上转换发光的突出应用之一。Er3+离子具有丰富的长寿命亚稳态能级,并且能被大功率红外二极管激光器有效地激发,具有很强的上转换能力,是一种优良的上转换发光材料的激活离子。利用Er3+离子的上转换发光,获得短波长固体激光器,具有很大的研究价值,值得我们为之努力。研制Er3+离子短波长上转换激光器的前提条件是深入研究Er3+离子在红外激光激发下多光子上转换发光性质和提高其发光效率。在我们以前的工作中,发现在Er3+离子掺杂的Y2O3纳米晶中进一步掺杂Li+离子能极大地增强Er3+离子的可见上转换荧光强度。在本论文中采用溶胶-凝胶法制备出了以Er3+作激活离子的Y2O3:Er3+/Li+和Y2O3:Yb3+/Er3+/Li+纳米晶,并研究了在970nm二极管激光器的激发下,Li+离子掺杂对Er3+离子蓝、紫外上转换发光性质的影响。在Y2O3:Er3+/Li+体系中,观察到尽管Li+离子的加入没有引起Y2O3晶格晶相的改变,但是却使其晶胞参数发生了变化,这意味着Er3+离子周围的晶体场环境发生了改变。改变了的晶体场环境使Er3+离子的辐射性质发生了很大变化,Er3+离子中间亚稳态的寿命显著增长,这极大地促进了Er3+离子的上转换发光,使Er3+离子的蓝、紫外上转换发光强度增强了55-90倍。在Y2O3:Er3+/Li+纳米晶中,增强后的Er3+离子的蓝、紫外上转换发光强度能达到Y2O3:Er3+体材料中的50%。此外,在体材料中掺杂Li+离子对Er3+离子的蓝、紫外上转换发光也具有明显的促进作用。在Yb3+/Er3+/Li+体系中,发现在掺杂高浓度的敏化离子Yb3+后,掺杂Li+离子,能进一步增强Er3+离子的蓝、紫外上转换发光。掺杂15mol%的Li+离子时使Er3+离子的蓝、紫外上转换发光强度增加了约30倍。研究表明,这种增强同样得益于Li+离子掺杂引起的Er3+离子中间亚稳态能级寿命的增长。在Yb3+/Er3+/Li+体材料中,Li+离子的加入对Er3+离子的蓝、紫外上转换发光也具有明显的促进作用。另外,研究发现Li+离子的加入也引起了Er3+离子绿色和紫外上转换荧光光子过程的改变。在Y2O3:Yb3+10mol%/Er3+1mol%纳米晶中Er3+离子绿色和紫外上转换荧光分别表现为三光子和四光子过程;当加入15mol%的Li+离子后,Er3+离子的绿色和紫外上转换荧光分别表现为两光子和三光子过程。研究表明,这种光子过程的变化来源于Li+离子掺杂导致的Er3+离子之间的交叉弛豫过程2H9/2+4I15/2→4S3/2+4I13/2、4G7/2+4I15/2→4G11/2+4I13/2 ,以及合作敏化上转换过程22F5/2（Yb3+）+4F9/2（Er3+）→22F7/2（Yb3+）+4G7/2（Er3+）的弱化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 稀土发光简介
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 激活离子的研究
• 1.3.2 基质材料的研究
• 1.3.3 增强上转换发光效率方法的研究
• 1.3.4 上转换固体激光器的研究
• 1.4 本论文研究的内容和意义
• 第2章 稀土离子的上转换发光机制、样品制备及光学表征
• 2.1 稀土离子的上转换发光机制
• 2.1.1 激发态吸收（Excited Stated Absorption, ESA）
• 2.1.2 能量传递上转换（Energy Transfer Upconversion, ETU）
• 2.1.3 光子雪崩（Photon Avalanche, PA）
• 2.2 上转换纳米晶的制备方法
• 2.2.1 溶胶-凝胶方法简介
• 2.2.2 样品的制备步骤
• 2.3 样品的光学表征
• 2.3.1 上转换光谱的测量
• 2.3.2 上转换发光强度随泵浦功率变化关系测量
• 2.3.3 红外光谱的测量
• 2.3.4 荧光峰弛豫曲线的测量
• 2.4 本章小结
• +掺杂对Y₂O₃:Er³⁺纳米晶中Er³⁺蓝、紫外上转换发光的增强'>第3章 Li⁺掺杂对Y₂O₃:Er³⁺纳米晶中Er³⁺蓝、紫外上转换发光的增强
• 3.1 概述
• +对Y₂O₃:Er³⁺纳米晶形貌的影响'>3.2 Li⁺对Y₂O₃:Er³⁺纳米晶形貌的影响
• +掺杂对Y₂O₃:Er³⁺纳米晶中Er³⁺能级寿命的影响'>3.3 Li⁺掺杂对Y₂O₃:Er³⁺纳米晶中Er³⁺能级寿命的影响
• +掺杂对Y₂O₃:Er³⁺中Er³⁺离子可见上转换发光的增强'>3.4 Li⁺掺杂对Y₂O₃:Er³⁺中Er³⁺离子可见上转换发光的增强
• +掺杂对Y₂O₃:Er³⁺中Er³⁺蓝、紫外上转换发光的增强'>3.5 Li⁺掺杂对Y₂O₃:Er³⁺中Er³⁺蓝、紫外上转换发光的增强
• +掺杂对Er³⁺离子蓝、紫外上转换发光的增强'>3.5.1 Li⁺掺杂对Er³⁺离子蓝、紫外上转换发光的增强
• 3+离子蓝、紫外上转换过程分析'>3.5.2 Er³⁺离子蓝、紫外上转换过程分析
• 3.5.3 结合稳态速率方程对蓝、紫外上转换增强的解释
• +对Er³⁺蓝、紫外上转换发光的增强'>3.6 体材料中Li⁺对Er³⁺蓝、紫外上转换发光的增强
• 3.7 本章小结
• +掺杂对掺杂高浓度Yb³⁺的Y₂O₃:Er³⁺纳米晶中Er³⁺蓝、紫外上转换发光性质的影响'>第4章 Li⁺掺杂对掺杂高浓度Yb³⁺的Y₂O₃:Er³⁺纳米晶中Er³⁺蓝、紫外上转换发光性质的影响
• 4.1 概述
• 2O₃:Yb³⁺10mol%/Er³⁺1mol%/Li⁺纳米晶中Er³⁺离子上转换荧光光谱'>4.2 Y₂O₃:Yb³⁺10mol%/Er³⁺1mol%/Li⁺纳米晶中Er³⁺离子上转换荧光光谱
• 3+离子上转换发光机制分析'>4.3 Er³⁺离子上转换发光机制分析
• 4.3.1 结合功率曲线的分析
• 4.3.2 结合能级图的分析
• +掺杂对Er³⁺蓝、紫外上转换发光的增强'>4.4 Li⁺掺杂对Er³⁺蓝、紫外上转换发光的增强
• +掺杂对Er³⁺能级寿命的影响'>4.5 Li⁺掺杂对Er³⁺能级寿命的影响
• +对Er³⁺蓝、紫外上转换发光的增强'>4.6 体材料中Li⁺对Er³⁺蓝、紫外上转换发光的增强
• +掺杂导致的Er³⁺多光子上转换过程的变化的分析'>4.7 Li⁺掺杂导致的Er³⁺多光子上转换过程的变化的分析
• 4.8 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