论文摘要
氧化铝作为掺铒发光材料的基体,具有可允许较高浓度的Er3+掺杂、制备技术成熟等优点,引起了研究者的广泛关注。但是较高浓度的Er3+掺杂时,Er3+之间的能量迁移及-OH猝灭效应等问题限制了其进一步应用。根据Judd-Ofelt理论,稀土离子的光致发光（PL）特性与其所处的局部晶体场环境密切相关。因此本论文采用不同半径的非稀土离子与稀土离子共掺杂,来提高Er3+在基体中的分散度及周围配位场的不对称性和多样性,调制Er3+所处的晶体场,以期提高掺铒Al2O3体系的PL性能。通过XRD、TEM、FTIR、PL等研究手段,系统地研究了不同量的In3+, Sc3+, Ti3+分别与Er, Y, Yb共掺杂Al2O3粉末的微结构变化及其对体系PL特性的影响机制。采用溶胶-凝胶法（sol-gel）制备了Er-Al2O3粉末,研究了焙烧温度对其物相的影响。900℃焙烧时,获得了S-Al2O3相。在相同条件下制备了Er, Y-Al2O3及Er, Y, Yb-Al2O3粉末。XRD和PL结果表明,Al2O3结晶度逐渐变差但均保持为6相,且PL性能依次得到显著提高。In3+（0.080 nm）的半径与Er34 （0.089 nm）相近,将不同量的In3+共掺于Er, Y, Yb-Al2O3体系中,结果表明,掺入适量的In3+提高了Er3+在基体中的分散度,减少了-OH含量,改善了体系的PL性能。In3+的掺杂量为3 mol%时,体系在1.53μm处的发光最强,是未掺杂In3+时的1.24倍。In3+的掺杂量>3 mol%时,新相In2O3增多,且较多的Er3+进入In2O3晶格而产生上转换发光,导致1.53 μm处的PL强度下降。Sc3+（0.0745 nm）的半径介于Er3+（0.089 nm）与Al3+（0.0675 nm）之间,将不同量的Sc3+共掺入Er, Y, Yb-Al2O3体系中,有效提高了Er3+,Y3+,Yb3+在基体中的分散度,调制了Er3+局部晶场不对称性及周围配位场多样性,促进了超敏跃迁,体系的PL性能随着Sc+掺杂量的增多而显著提高。尤其当Sc3+的掺杂量为10 mol%时,其PL强度是未共掺Sc3+时的4.7倍,积分半峰宽（FWHM）和荧光寿命也均得到提高。通过共掺杂不同量的Sc3+可以调控Er,Y,Yb-Al2O3体系在1.53 μm处的PL强度、FWHM和荧光寿命。Ti3+（0.067 nm）的半径与Al3+（0.0675 nm）接近,采用同样方法制备了一系列Er, Y, Yb, Ti-Al2O3粉末,结果表明Ti3+的最佳掺杂量为3 mol%,此时适量的Zr3+进入新相Y2Ti207,并发出1.53μm的光,同时减少了-OH含量,使其PL强度达到最大,是未共掺Ti3+时的1.78倍。Ti3+掺杂量>3 mol%时,较多的Er3+进入Y2Ti207相发生团聚,导致其PL强度下降。