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由于稀土荧光材料在固体激光器、传感器、太阳电池、光存储、光学探测器和三维立体演示等领域有着广泛的应用前景,因此稀土荧光材料的研究受到了人们的重视。同时稀土离子掺杂的基质材料成了目前研究的热点之一,本论文主要研究了Ho3+/Yb3+,Tm3+/Yb3+,Ho3+/Tm3+/Yb3+掺杂NaYF4玻璃陶瓷的上转换荧光特性和发光机制及Ho3+/Yb3+掺杂硅酸盐的上转换荧光特性,通过改变稀土离子浓度和泵浦光功率等参数,观测到了白光发射。论文主要工作和结果如下:
首先用高温固相法制备了Ho3+/Yb3+,Tm3+/Yb3+,Ho3+/Tm3+/Yb3+掺杂NaYF4玻璃陶瓷和Ho3+/Yb3+掺杂硅酸盐玻璃陶瓷。利用XRD表征玻璃中微晶的存在。在980nm的红外泵浦光的激发下,观测了稀土离子Ho3+、Tm3+的荧光光谱。其中,观测到绿光发光中心在520nm~580nm来自Ho3+的SF4/5S2→5I8的跃迁绿光衍射分有明显的Stark劈裂,626nm-680nmnm的红光部分来自Ho3+的5F5→5I8的辐射跃迁,蓝光是由于Tm3+离子1G4→3H6跃迁中心波长475nm,红光是部分由Tm3+离子1G4→3H4跃迁中心波长651nm,红外光是Tm3+由3H4→3H6跃迁中心波长790nm。通过荧光光谱和泵浦光激发功率关系及稀土离子的能级图解释了Ho3+/Tm3+/Yb3+共掺杂NaYF4玻璃陶瓷的上转换发光机制,其中蓝光上转换荧光主要是三光子过程,绿光和红光及红外光上转换荧光主要是双光子过程。另外通过改变稀土离子浓度和泵浦光功率等参数,最终实现白光发射。同时还制备了Ho3+/Yb3+共掺杂的硅酸盐玻璃陶瓷,通过对荧光光谱的观测得出Li+稀土离子Ho3+具有荧光增强的作用。
最后利用Judd-Oflet计算了Ho3+在NaYF4玻璃陶瓷中的J-O强度参数Ωλ。解释了Yb3+与Li+对稀土里子的荧光增强作用与实验结果一致。