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稀土离子掺杂氟氧化物玻璃陶瓷上转换光致发光的研究

作　者: 韩万磊
导　师: 宋瑛林
学　校: 苏州大学
专　业: 光学
关键词: 稀土离子上转换发光玻璃陶瓷 NaYF4
分类号: O482.31
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-20
  1.1 稀土离子掺杂的上转换发光材料的研究历史及现状  9-11
    1.1.1 稀土元素的简介  9-10
    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  10-11
  1.2 稀土离子的上转换发光现象及机理  11-14
    1.2.1 激发态吸收(ESA)  11-12
    1.2.2 能量传递（ET）  12-14
    1.2.3 光子雪崩(PA)  14
  1.3 上转换的发光效率  14-15
  1.4 玻璃陶瓷  15-17
    1.4.1 玻璃陶瓷简介  15-16
    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  16-17
  1.5 熔融法制备玻璃陶瓷的工艺过程  17-18
    1.5.1 玻璃的制备过程  17
    1.5.2 玻璃的微晶化处理过程  17-18
  1.6 本文的工作  18-20
    1.6.1 研究的目的和意义  18-19
    1.6.2 本文的主要内容  19-20
第二章稀土离子掺杂NaYF_4玻璃陶瓷的制备与发光特性  20-34
  2.1 引言  20
  2.2 稀土离子掺杂NaYF_4 玻璃陶瓷的制备和光学测量  20-28
    2.2.1 Er~(3+), Er~(3+)/Yb~(3+)和Tm~(3+)/ Yb~(3+)掺杂NaYF_4 玻璃陶瓷的制备  20-22
    2.2.2 NaYF_4 玻璃陶瓷的微观结构的表征  22-23
    2.2.3 吸收光谱的测量  23-25
    2.2.4 Er~(3+)/Yb~(3+)和Tm~(3+)/Yb~(3+)共掺NaYF_4 玻璃陶瓷的光致发光现象  25-28
  2.3 Er~(3+)/Yb~(3+)和Tm~(3+)/Yb~(~(3+))共掺NaYF_4 玻璃陶瓷的上转换发光机制  28-32
  2.4 本章小结  32-34
第三章 Tm~(3+)/Er~(3+)/Yb~(3+)共掺NaYF_4玻璃陶瓷的发光特性  34-43
  3.1 引言  34
  3.2 样品的制备与光谱测量  34-37
    3.2.1 Tm~(3+) /Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂NaYF_4 玻璃陶瓷的制备  34
    3.2.2 Tm~(3+) /Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂NaYF_4 玻璃陶瓷的吸收光谱  34-35
    3.2.3 Tm~(3+) /Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂NaYF_4 玻璃陶瓷的上转换发光光谱  35-37
  3.3 Tm~(3+) Er~(3+)/Yb~(3+)共掺NaYF_4 玻璃陶瓷的上转换发光机制  37-39
  3.4 CIE 颜色系统  39-41
    3.4.1 CIE 标准色度学简介  39-40
    3.4.2 Tm~(3+) Er~(3+)/Yb~(3+)共掺NaYF_4 玻璃陶瓷光致荧光的匹配  40-41
  3.5 本章小结  41-43
第四章 Judd-Ofelt 理论分析  43-48
  4.1 引言  43
  4.2 Judd-Ofelt 理论简介  43-45
  4.3 Er~(3+)和Tm~(3+)光学性质的J-O 计算  45-47
  4.4 本章小结  47-48
第五章总结  48-50
参考文献  50-55
攻读硕士学位期间发表的学术论文  55-56
致谢  56-57

稀土离子掺杂氟氧化物玻璃陶瓷上转换光致发光的研究

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