稀土掺杂Bi2O3玻璃及SrF2体系中上转换荧光特性的研究

论文摘要

随着高新技术的发展和兴起,稀土掺杂上转换发光材料在显示技术、光储存、光学信息、防伪产业以及全固态紧凑激光器等方面有着日益重要的应用价值。如何提高上转换效率是上转换研究的重中之重。在本文中,我们以上转换发光的相关理论为依据,采用单掺杂和双掺杂的方法制备了一系列上转换发光材料,研究了组织结构、基质组分和掺杂稀土离子浓度对其上转换发光性能的影响,具体内容如下:1.采用高温固相法制备了Er3+单掺杂的Bi2O3玻璃。在980nm激光器激发下Bi2O3玻璃的红光(4F9/2→4I15/2),绿光(2H11/2→4I15/2、4S3/2→4I15/2)发光较强,而在808nm激光器激发下,红光光强变得非常弱,以至于仪器无法测量出657nm的红光发射峰,这表明能级4F9/2上的粒子数布居主要来自于能量传递过程。2.通过吸收光谱的测试,应用Judd-Ofelt理论计算了Bi2O3玻璃的J-O参数,分别为Ω2=3.35×10-20cm2,Ω4=1.34×10-20cm2,Ω6 = 0.67×10-20cm2。根据McCumber理论,计算了能级4I13/2→4I15/2跃迁的受激发射截面(FWHM×σepeak),其值为6.0×10-21cm2,这表明铋酸盐玻璃的带宽特性优于硅酸盐、磷酸盐、锗酸盐等玻璃。3.通过高温固相法制备了Yb3+/Er3+共掺杂的SrF2体系上转换发光材料,在980nm激光器激发下,逐渐增大Yb3+/Er3+掺杂离子的浓度比,其蓝光Ⅰ（480nm）与蓝光Ⅱ（449nm）的比值以及红绿比单调减小,这是因为蓝光Ⅰ主要是由两个Yb3+离子合作上转换能量传递过程产生,而蓝光Ⅱ是由Er3+/ Yb3+合作上转换产生的。Er3+浓度逐渐减少时,蓝光Ⅰ与蓝光Ⅱ的比值则相应递减。红绿荧光比减少是由于Yb3+的摩尔浓度很高,4F7/2(Er3+)能级的粒子数增多,4S3/2/2H11/2(Er3+)能级上的粒子数比4F9/2(Er3+)能级上的粒子数增加得快而导致的。4.通过分析其XRD和SEM,随着SrF2浓度的增大,样品中SrF2晶体的沉淀相增多,样品的荧光强度增大。我们得出立方相SrF2晶体有利于提高上转换发光效率,是一种良好的上转换基质材料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 稀土的特点及稀土掺杂的上转换发光材料的研究背景
• 1.2 上转换发光材料的发展历程
• 1.3 上转换发光基质材料
• 1.4 选题目的以及研究内容
• 1.4.1 本研究的目的
• 1.4.2 本研究的主要内容
• 1.4.3 本实验的研究意义
• 1.4.4 本实验的研究路线
• 第二章 上转换发光理论基础及其影响因素
• 2.1 稀土上转换发光过程
• 2.2 稀土上转换发光的基本理论
• 2.2.1 光谱结构与基质材料结构
• 2.2.2 晶体场效应
• 2.2.3 Judd-ofelt 理论
• 2.3 影响稀土上转换发光的几个因素
• 3+掺杂锗铋酸盐玻璃上转换发光研究'>第三章 Er³⁺掺杂锗铋酸盐玻璃上转换发光研究
• 3.1 引言
• 3.2 样品的制备与测试方法
• 3+单掺锗铋酸玻璃上转换发光特性的研究'>3.3 Er³⁺单掺锗铋酸玻璃上转换发光特性的研究
• 3.4 J-O 参数的计算
• 3.5 1.55μm 受激发射截面
• 3.6 小结
• 3+/Er³⁺共掺 SrF2样品上转换荧光特性研究'>第四章 Yb³⁺/Er³⁺共掺 SrF2样品上转换荧光特性研究
• 4.1 引言
• 4.2 样品的制备
• 3+/Er³⁺共掺杂样品上转换效率随稀土掺杂浓度变化的研究'>4.3 Yb³⁺/Er³⁺共掺杂样品上转换效率随稀土掺杂浓度变化的研究
• 3+/Er³⁺共掺杂样品上转换荧光跃迁机制分析'>4.3.1 Yb³⁺/Er³⁺共掺杂样品上转换荧光跃迁机制分析
• 3+/Er³⁺离子浓度比对蓝光的光谱调制'>4.3.2 Yb³⁺/Er³⁺离子浓度比对蓝光的光谱调制
• 3+/Er³⁺共掺杂样品上转换效率随基质摩尔浓度变化的研究'>4.4 Yb³⁺/Er³⁺共掺杂样品上转换效率随基质摩尔浓度变化的研究
• 4.5 XRD 测试以及SEM 测试结果分析
• 4.6 小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A（攻读学位期间发表论文目录）
• 附录B