稀土摻雜氟氧化物納米微晶玻璃上轉換發(fā)光特性研究.pdf

1、稀土離子摻雜上轉換發(fā)光材料在光通信、上轉換激光、三維顯示以及數(shù)據(jù)存儲等領域已經得到廣泛應用。但其存在聲子能量高，上轉換效率低，制備不方便，化學穩(wěn)定性差，機械性能不高等不利因素，制約了其發(fā)展應用。近年來隨著人們的深入研究，研制出一種性能穩(wěn)定，上轉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穩(wěn)定性和高強度機械性能等優(yōu)點;同時通過可控熱處理析晶析出氟化物品相，具備氟化物玻璃較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換氟氧化物微晶發(fā)光玻璃。實驗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。通過差熱分析，我們選擇680℃左右溫度作為熱處理析晶溫度;通過吸收譜和上轉換熒光譜，熱處理析晶時間定為2～4小時;通過X射線衍射實驗，我

3、們發(fā)現(xiàn)樣品通過熱處理形成了氟化物微晶。
　　采用Judd-Ofelt理論對樣品光譜進行了分析，擬合得到了強度參數(shù)Ω2、Ω4、Ω6;計算了樣品的輻射壽命，躍遷幾率，熒光分支比等光譜參數(shù)，并進行了分析比較，找到了最佳的稀土摻雜濃度。通過分析對比玻璃熱處理前后的J-O強度參數(shù)，發(fā)現(xiàn)熱處理后對應的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;同時通過與其他上轉換發(fā)光玻璃對比，發(fā)現(xiàn)玻璃樣品的Ω2最小;表明該玻璃的共價性強，

4、稀土離子結構和配位對稱程度最低，更容易被激發(fā)，發(fā)射光譜強度有明顯增強。
　　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、藍色和綠色上轉換發(fā)光機理。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。同時還分析了不同稀土濃度對上轉換光強度的影響，對于雙摻系統(tǒng)，Er3+離子上轉換綠光最強，紅光較弱，而藍光最弱;Ho3+

5、離子上轉換紅光最強，綠光較弱，藍光最弱;Tm3+離子上轉換藍光極強，紅光微弱，而綠光基本沒有。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)光強度與稀土離子濃度間存在這樣一種關系:隨著Er3+離子濃度的增加，上轉換綠光強度先增加后降低，紅、藍光強度都降低;隨著Ho3+離子濃度的增加，上轉換紅光先增加后降低，綠光強度變化不大，而藍光強度通常會急劇降低;隨著Tm3+離子濃度的增加，上轉換藍光強度先增加后