稀土离子在氧化物玻璃中的发光特性研究
发光材料尤其是无机发光材料在很多地方都有着重要的应用.基质材料对稀土离子发光性能的影响一直是发光材料研究领域的重要方向.本文研究了几种发光离子在玻璃材料中的发光特性,同时根据离子的种类选择合适的玻璃材料种类.本论文大体可以分为以下几部分:
1)Eu3+、Cu2+等离子在高硅氧玻璃中的自发还原机理的探索.Eu3+和Cu2+离子掺入高硅氧多孔玻璃后即使在空气气氛下烧结也会有相当部分的离子还原为低价态.在之前的研究中虽然观测到了该现象但是一直没有深入的研究.了解该还原机理对离子的价态及发光调控有重要的参考价值.我们首先通过制备两种不同组分的多孔玻璃,通过改变组分中的元素种类来确认导致还原现象产生的离子主要是Al3+离子.然后通过吸收、荧光光谱、电子顺磁共振、X射线光电子能谱及荧光衰减谱等手段对具体的机理进行了分析.最后将该还原现象归结为Al3+离子的掺入导致Si-O-Al还原活性位的产生,同时揭示了离子在高硅氧玻璃中具有强的偶极偶极相互作用.
2)离子敏化发光及本征光学双稳发光特性进行研究.离子在高硅氧玻璃中具有强的偶极偶极相互作用,该特性对于离子间的能量传递很重要.我们研究了Eu2+离子对Tb3+离子发光的敏化效果,通过这种敏化可以在近紫外LED激发下实现Tb3+离子的高效发光.同时研究了Yb3+离子的合作上转换发光,并在室温下观测到了由于强偶极偶极相互作用导致的本征光学双稳发光现象.同时Yb3+离子可以向Tb3+离子和Er3+离子进行能量传递,并由此导致Tb3+离子和Er3+离子的本征光学双稳发光特性.
3)Tm3+、Ho3+离子在锗酸盐玻璃中发光特性的研究.由于现在2微米波段发光及激光材料研究的较多,我们也对具有2微米波段发光的Tm3+、Ho3+离子发光特性进行了研究.在选择基质材料时选择已有报道的激光输出斜率效率高的锗酸盐玻璃.先研究了Yb3+离子对Tm3+、Ho3+离子的敏化发光,通过Yb3+离子发光寿命的测试计算得到Yb3+离子向Tm3+和Hi3+离子的能量传递效率分别为56%和83%.此外还通过能量传递系数的计算从微观角度研究了Yb3+-Tm3+、Tm3+-Ho3+离子间的能量传递,结果显示在锗酸盐玻璃中具有高的能量传递系数.
4)上转换和量子剪裁发光现象的研究.在发光现象中还存在一些比较复杂的能量传递过程,其中比较重要是上转换和量子剪裁发光现象.对锗酸盐玻璃中Yb3+敏化Tb3+、Er3+、Tm3+离子的上转换发光特性进行了研究.研究了在飞秒激光激发下Ce3+、Cu+、Tb3+、Eu3+离子的多光子吸收上转换发光,结果表明Ce3+、Cu+、Tb3+离子上转换发光为三光子过程而Eu3+离子则是双光子吸收导致的上转换发光过程.而Gd3+离子在飞秒激光下的上转换发光的光子数(~10)则远远超出了预期值,我们将该现象归结为多光子吸收导致的雪崩上转换发光,同时由于Gd3+离子的掺入使得Gd3+/Eu3+、Gd3+/Tb3+离子也显示出了高的光子数吸收.与上转换发光相反,我们还研究了量子剪裁发光现象.研究了Tb3+-Yb3+、Tm3+-Yb3+、Ce3+-Yb3+、Eu2+-Yb3+离子对中的量子剪裁现象,结果表明它们可以实现有效的量子剪裁.
- 作者：
- 张强
- 学位授予单位：
- 中国科学院研究生院
- 专业名称：
- 材料学
- 授予学位：
- 博士
- 学位年度：
- 2011年
- 导师姓名：
- 陈丹平
- 关键词：
- 稀土离子；氧化物玻璃；发光特性；荧光光谱
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