稀土摻雜氟氧化物納米微晶玻璃上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性研究.pdf

1、稀土離子摻雜上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料在光通信、上轉(zhuǎn)換激光、三維顯示以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。但其存在聲子能量高，上轉(zhuǎn)換效率低，制備不方便，化學(xué)穩(wěn)定性差，機(jī)械性能不高等不利因素，制約了其發(fā)展應(yīng)用。近年來(lái)隨著人們的深入研究，研制出一種性能穩(wěn)定，上轉(zhuǎn)換效率高的稀土摻雜發(fā)光玻璃材料:氟氧化物微晶玻璃。它兼顧了氧化物玻璃良好的物理化學(xué)穩(wěn)定性和高強(qiáng)度機(jī)械性能等優(yōu)點(diǎn);同時(shí)通過(guò)可控?zé)崽幚砦鼍龀龇锲废啵邆浞锊Ａл^低聲子能量的物理特性，稀土離子

2、優(yōu)先富集于氟化物晶相中，從而極大地提高了稀土離子的上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率，成為一種極具發(fā)展前景的稀土摻雜發(fā)光材料。
　　本文采用一組新的配方制備了上轉(zhuǎn)換氟氧化物微晶發(fā)光玻璃。實(shí)驗(yàn)所使用的原料分別為SiO2、BaF2、Bi2O3、AlF3、Sr(NO3)2和稀土氧化物Er2O3、 Tm2O3、 Ho2O3。通過(guò)差熱分析，我們選擇680℃左右溫度作為熱處理析晶溫度;通過(guò)吸收譜和上轉(zhuǎn)換熒光譜，熱處理析晶時(shí)間定為2～4小時(shí);通過(guò)X射線衍射實(shí)驗(yàn)，我

3、們發(fā)現(xiàn)樣品通過(guò)熱處理形成了氟化物微晶。
　　采用Judd-Ofelt理論對(duì)樣品光譜進(jìn)行了分析，擬合得到了強(qiáng)度參數(shù)Ω2、Ω4、Ω6;計(jì)算了樣品的輻射壽命，躍遷幾率，熒光分支比等光譜參數(shù)，并進(jìn)行了分析比較，找到了最佳的稀土摻雜濃度。通過(guò)分析對(duì)比玻璃熱處理前后的J-O強(qiáng)度參數(shù)，發(fā)現(xiàn)熱處理后對(duì)應(yīng)的Ω2和Ω4都明顯降低，其中已Ω2降低最多，而Ω6數(shù)值稍有所提升;同時(shí)通過(guò)與其他上轉(zhuǎn)換發(fā)光玻璃對(duì)比，發(fā)現(xiàn)玻璃樣品的Ω2最小;表明該玻璃的共價(jià)性強(qiáng)，

4、稀土離子結(jié)構(gòu)和配位對(duì)稱程度最低，更容易被激發(fā)，發(fā)射光譜強(qiáng)度有明顯增強(qiáng)。
　　制備了Yb3+與Er3+/Tm3+/Ho3+雙摻、三摻和四摻氟氧化物微晶玻璃。在980nm激光激發(fā)下，分析了紅色、藍(lán)色和綠色上轉(zhuǎn)換發(fā)光機(jī)理。主要有yb3+離子與Er3+、Tm3+、Ho3+離子間的能量傳遞作用，還有稀土離子間的交叉弛豫作用。同時(shí)還分析了不同稀土濃度對(duì)上轉(zhuǎn)換光強(qiáng)度的影響，對(duì)于雙摻系統(tǒng)，Er3+離子上轉(zhuǎn)換綠光最強(qiáng)，紅光較弱，而藍(lán)光最弱;Ho3+

5、離子上轉(zhuǎn)換紅光最強(qiáng)，綠光較弱，藍(lán)光最弱;Tm3+離子上轉(zhuǎn)換藍(lán)光極強(qiáng)，紅光微弱，而綠光基本沒(méi)有。由于稀土離子之間的交叉弛豫以及它們與yb3+離子之間的能量反向傳遞，在多摻系統(tǒng)中，發(fā)光強(qiáng)度與稀土離子濃度間存在這樣一種關(guān)系:隨著Er3+離子濃度的增加，上轉(zhuǎn)換綠光強(qiáng)度先增加后降低，紅、藍(lán)光強(qiáng)度都降低;隨著Ho3+離子濃度的增加，上轉(zhuǎn)換紅光先增加后降低，綠光強(qiáng)度變化不大，而藍(lán)光強(qiáng)度通常會(huì)急劇降低;隨著Tm3+離子濃度的增加，上轉(zhuǎn)換藍(lán)光強(qiáng)度先增加后