论文摘要
稀土发光和光学材料，在照明、显示、光通讯等方面已获得广泛的应用，成为人类生活中不可缺少的重要组成部分。影响稀土离子发光效率的一个重要因素是基质材料的声子能量，基质的最大声子能量越小，非辐射弛豫速率就越小，发光效率也就越高。在氧化物玻璃中，碲酸盐玻璃的声子能量远小于硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、硅酸盐玻璃和锗酸盐玻璃，稀土离子可以获得高效的荧光发射。在传统碲酸盐玻璃的基础上，添加氧化铋，不仅能进一步降低玻璃最大能量声子的密度，同时有助于提高玻璃的折射率，提高稀土离子的辐射弛豫速率，获得高效跃迁发射。Sm3+和Eu3+是重要的稀土离子，是很有效的激活剂，它的能级十分丰富,很多能级之间的跃迁都可产生有效的光发射，Sm3+和Eu3+在许多发光材料中起着十分重要的作用，利用Sm3+和Eu3+研制新型光学和激光材料的潜力很大。目前发光与激光材料的应用发展迅猛，其荧光参数的准确测量引起了人们广泛的关注。光谱能量分布（spectral power distribution）是所有荧光特性评价的基础，由其计算出的辐射强度和发光色度等参数也为人们所熟知。用传统的球型光度计或光谱辐射计测试不同发光与激光材料光学和荧光特性往往会引入较大的误差。为克服此种缺陷，近年来积分球法与CCD探测器被完美结合，使精确获得荧光绝对光谱能量分布成为可能。本课题采用积分球光谱测试系统，在紫色半导体发光二极管激发下，对Sm3+和Eu3+掺杂的低声子能量、高折射率铋碲酸盐玻璃的荧光光谱进行测试。荧光测试系统由直径为10英寸的积分球，配以CCD探测器组成，通过标准卤素灯定标，辅助卤素灯校正积分球内环境变化，解析出样品的绝对光谱能量分布，并进一步计算出光通量分布、光量子数分布，求得辐射通量、光通量、荧光量子产率等荧光特征参数。本工作首次将积分球法应用于多通道跃迁稀土离子荧光性能的测试，实现了荧光特性准确评价为目的的绝对光谱能量分布测试，为发光与激光材料光学性能的精确测量与表征提供了一种新方法，并为新型荧光显示器件及稀土掺杂新激光玻璃和光纤的发展提供了理论上的依据和材料方面的物质基础。基于这种考虑，我们设计合成了新型的铋碲酸盐玻璃，测试解析其荧光特征参数，研究稀土离子在其中的光学与光谱特性，取得以下成果与进展：1.合成制备了具有高折射率Sm3+掺杂5Li2O-5K2O-5BaO-10Bi2O3-75TeO2铋碲酸盐玻璃（LKBBT-Ⅰ）。测试和计算结果表明，在四个荧光光谱能量分布峰范围内（550～780nm），获得紫色LED激发下Sm3+掺杂的铋碲酸盐玻璃特征发射峰的辐射通量为55μW，占总辐射通量的8.99﹪，Sm3+特征发射峰的总荧光量子产率为4.07﹪。在360～780nm光谱范围内，玻璃样品侧立于紫色LED旁及加盖在紫色LED上，其辐射通量由2607μW减小到612μW。在可见区380～780nm范围内，获得紫色LED激发下Sm3+掺杂铋碲酸盐玻璃光通量为0.02lm。2.合成制备了具有高折射率Eu3+掺杂5Li2O-5K2O-5BaO-10Bi2O3-75TeO2铋碲酸盐玻璃（LKBBT-Ⅱ）。在紫色LED激发下我们获得Eu3+掺杂的铋碲酸盐玻璃绝对光谱能量分布。在可见区（380～780nm）及5D07F2跃迁所对应的发射带宽范围内，紫色LED激发下Eu3+掺杂的铋碲酸盐玻璃量子产率分别为4.36%及2.29%。在360～780nm光谱范围内，其辐射通亮为1053μW，五个发射峰所对应的光谱区575～715nm中，辐射通亮为57μW，占总体的5.41%。在可见光谱范围内（380～780nm），Eu3+掺杂的铋碲酸盐玻璃光通亮为0.021lm。