Tm3+离子掺杂的透明玻璃陶瓷的光谱学研究

论文摘要

稀土离子掺杂的荧光材料被广泛地应用于灯光照明、平板显示、光学通讯以及制作激光器等领域。晶体和玻璃常常作为稀土离子掺杂的基质材料。作为晶体和玻璃的混合物,稀土掺杂的透明氧氟化物玻璃陶瓷自从被报道之后,吸引了大批学者的研究兴趣。透明氟氧化物玻璃陶瓷不仅具有氟化物晶体良好的光学特性,还具有氧化物玻璃优良的机械和化学稳定性。由于掺杂其中的稀土离子一部分优先富集在纳米晶体里,一部分残留在玻璃基质里,为在同一材料中研究玻璃体和晶体的光谱学性质提供了可能。本论文利用低温激光选择激发技术,选择激发两种局域环境稀土离子,分离了晶相和玻璃相Tm3+离子的发射谱,发现玻璃相Tm3+离子更有利于上转换,讨论了两种局域环境稀土离子荧光光谱的温度特性并研究了Tm3+离子掺杂的透明氟氧化物玻璃陶瓷材料在激光辐照下的热传导效应,全文可分为三个部分:第一部分Tm3+掺杂含有LaF3纳米晶粒玻璃陶瓷的激光选择激发利用低温下的选择激发技术,研究了Tm3+离子掺杂的玻璃陶瓷的晶相或玻璃相环境的Tm3+离子的光谱特性。两种局域环境Tm3+离子的荧光特性的研究结果表明:处于不同环境的Tm3+离子荧光光谱可以通过调谐激发波长来分离。激发光源为红色单色激光时,处于玻璃基质中Tm3+离子发光中心有利于蓝色上转换发射,当激发波长和激发态吸收一致时,获得了最高的上转换效率;当激发波长和基态吸收一致时,处于LaF3纳米微晶内的Tm3+离子发光中心被选择激发,一步荧光强度最大。第二部分Tm3+掺杂的透明氟氧化物玻璃陶瓷荧光光谱的温度特性研究了不同环境和温度条件下Tm3+掺杂的透明氟氧化物玻璃陶瓷的选择激发光谱和荧光弛豫性质。在20 K到450 K的温度范围内,探讨了发光离子的局域环境对荧光光谱温度依赖关系的影响。观测结果显示玻璃环境中发光离子的荧光寿命受温度影响较小,而位于晶相环境中离子的荧光寿命则显示较强的温度依赖特性。分析了选择激发条件下3H4能级荧光寿命随温度变化的规律,并对荧光衰减过程的二阶指数行为进行了讨论。第三部分Tm3+离子掺杂的透明纳米玻璃陶瓷的局域热效应研究发光离子在光激发下的光谱性质及动力学过程依赖于发光离子的局域温度,而该局域温度又依赖于样品的环境温度、激发光的强弱、样品的内部结构及其导热性能等。本部分将利用固体中的热传导理论和高分辨激光光谱学方法,对发生在透明氟氧化物纳米玻璃陶瓷中的光致局域热效应进行研究,分析探讨纳米玻璃陶瓷中的热传导性质以及其对掺杂离子的荧光性质的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 稀土发光材料的研究进展
• 1.2.1 稀土简介
• 1.2.2 稀土发光材料的研究进展
• 1.3 稀土离子的上转换发光及研究进展
• 1.3.1 稀土离子的上转换发光机制
• 1.3.2 常见稀土离子的上转换发光
• 1.4 镶嵌有纳米晶体的透明氟氧化物玻璃陶瓷的研究进展
• 1.5 本论文研究的目的和内容
• 1.5.1 研究背景和目的
• 1.5.2 本论文主要研究工作:
• 第2章 实验部分
• 2.1 光谱测量方法简介
• 2.1.1 探测辐射荧光的光谱技术
• 2.1.2 时间分辨光谱测量技术
• 2.2 实验设计
• 3+掺杂的氟氧化物玻璃陶瓷的选择激发光谱特性'>第3章 Tm³⁺掺杂的氟氧化物玻璃陶瓷的选择激发光谱特性
• 3.1 引言
• 3.2 实验
• 3.3 结果和讨论
• 3.4 结论
• 3+掺杂的透明氟氧化物玻璃陶瓷光谱的温度特性'>第4章 Tm³⁺掺杂的透明氟氧化物玻璃陶瓷光谱的温度特性
• 4.1 引言
• 4.2 实验
• 4.3 结果及讨论
• 4.3.1 荧光辐射对温度的依赖关系
• 4.3.2 荧光驰豫对温度的依赖关系
• 4.4 结论
• 第5章 透明玻璃陶瓷的局域热效应的光谱学研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验
• 5.3 结果与讨论
• 5.4 结论
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间的研究成果