稀土离子掺杂氟氧化物玻璃陶瓷上转换光致发光的研究

论文摘要

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790 nm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（475 nm）,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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 稀土离子掺杂的上转换发光材料的研究历史及现状
• 1.1.1 稀土元素的简介
• 1.1.2 稀土离子掺杂的上转换发光材料的研究历史及现状
• 1.2 稀土离子的上转换发光现象及机理
• 1.2.1 激发态吸收（ESA）
• 1.2.2 能量传递（ET）
• 1.2.3 光子雪崩（PA）
• 1.3 上转换的发光效率
• 1.4 玻璃陶瓷
• 1.4.1 玻璃陶瓷简介
• 1.4.2 稀土离子掺杂氟氧化物玻璃陶瓷的概述及研究进展
• 1.5 熔融法制备玻璃陶瓷的工艺过程
• 1.5.1 玻璃的制备过程
• 1.5.2 玻璃的微晶化处理过程
• 1.6 本文的工作
• 1.6.1 研究的目的和意义
• 1.6.2 本文的主要内容
• 4玻璃陶瓷的制备与发光特性'>第二章 稀土离子掺杂NaYF₄玻璃陶瓷的制备与发光特性
• 2.1 引言
• 4 玻璃陶瓷的制备和光学测量'>2.2 稀土离子掺杂NaYF₄玻璃陶瓷的制备和光学测量
• 3+, Er³⁺/Yb³⁺和Tm³⁺/ Yb³⁺掺杂NaYF₄ 玻璃陶瓷的制备'>2.2.1 Er³⁺, Er³⁺/Yb³⁺和Tm³⁺/ Yb³⁺掺杂NaYF₄玻璃陶瓷的制备
• 4 玻璃陶瓷的微观结构的表征'>2.2.2 NaYF₄玻璃陶瓷的微观结构的表征
• 2.2.3 吸收光谱的测量
• 3+/Yb³⁺和Tm³⁺/Yb³⁺共掺NaYF₄ 玻璃陶瓷的光致发光现象'>2.2.4 Er³⁺/Yb³⁺和Tm³⁺/Yb³⁺共掺NaYF₄玻璃陶瓷的光致发光现象
• 3+/Yb³⁺和Tm³⁺/Yb³⁺共掺NaYF₄ 玻璃陶瓷的上转换发光机制'>2.3 Er³⁺/Yb³⁺和Tm³⁺/Yb³⁺共掺NaYF₄玻璃陶瓷的上转换发光机制
• 2.4 本章小结
• 3+/Er³⁺/Yb³⁺共掺NaYF₄玻璃陶瓷的发光特性'>第三章 Tm³⁺/Er³⁺/Yb³⁺共掺NaYF₄玻璃陶瓷的发光特性
• 3.1 引言
• 3.2 样品的制备与光谱测量
• 3+/Er³⁺/Yb³⁺掺杂NaYF₄ 玻璃陶瓷的制备'>3.2.1 Tm³⁺/Er³⁺/Yb³⁺掺杂NaYF₄玻璃陶瓷的制备
• 3+/Er³⁺/Yb³⁺掺杂NaYF₄ 玻璃陶瓷的吸收光谱'>3.2.2 Tm³⁺/Er³⁺/Yb³⁺掺杂NaYF₄玻璃陶瓷的吸收光谱
• 3+/Er³⁺/Yb³⁺掺杂NaYF₄ 玻璃陶瓷的上转换发光光谱'>3.2.3 Tm³⁺/Er³⁺/Yb³⁺掺杂NaYF₄玻璃陶瓷的上转换发光光谱
• 3+Er³⁺/Yb³⁺共掺NaYF₄ 玻璃陶瓷的上转换发光机制'>3.3 Tm³⁺Er³⁺/Yb³⁺共掺NaYF₄玻璃陶瓷的上转换发光机制
• 3.4 CIE 颜色系统
• 3.4.1 CIE 标准色度学简介
• 3+Er³⁺/Yb³⁺共掺NaYF₄ 玻璃陶瓷光致荧光的匹配'>3.4.2 Tm³⁺Er³⁺/Yb³⁺共掺NaYF₄玻璃陶瓷光致荧光的匹配
• 3.5 本章小结
• 第四章 Judd-Ofelt 理论分析
• 4.1 引言
• 4.2 Judd-Ofelt 理论简介
• 3+和Tm³⁺光学性质的J-O 计算'>4.3 Er³⁺和Tm³⁺光学性质的J-O 计算
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢