銅硅酸鹽的近紅外發(fā)光及光子能量上轉(zhuǎn)換研究.pdf

1、BaCuSi4O10（漢藍）和CaCuSi4O10（埃及藍）是古老的顏料，發(fā)現(xiàn)于世界各地的文物上。除了它們美麗的顏色、穩(wěn)定的物理化學性能，我們發(fā)現(xiàn)它們同時具有很強的Stokes和反Stokes效應，可以作為高效的光子材料。
　　這些顏料在440-800 nm可見光激發(fā)下，其Cu2+發(fā)光中心可以發(fā)出峰位約為930 nm的寬峰光。我們對材料的發(fā)光原理進行了研究，并通過對比CaCuSi4O10、SrCuSi4O10和BaCuSi4O10

2、的近紅外發(fā)光，研究了不同配位場環(huán)境對Cu2+發(fā)光中心發(fā)光的影響。實驗發(fā)現(xiàn)，當配位離子由Ca2+到Sr2+，再到Ba2+的時候，Cu2+的發(fā)光峰不斷地紅移。這個趨勢是晶格膨脹及Jahn-Teller效應共同作用的結果，符合晶體場理論。
　　Cu2+的近紅外發(fā)光也能被近紅外激光器激發(fā)。而且當激光激發(fā)能量密度提升時，發(fā)光峰寬逐漸加大，并逐漸擴展至可見區(qū)域，發(fā)出亮白色的寬帶光子上轉(zhuǎn)換光。這個光子上轉(zhuǎn)換過程可能是熱發(fā)射和展寬后的B2g→B1

3、g躍遷的相互作用。躍迂發(fā)光的發(fā)射峰不會隨著激光功率的提升而移動，而熱激發(fā)的峰根據(jù)黑體輻射定律，將會隨著激光功率的提升而藍移。實際過程中，兩個過程同時發(fā)生，因此兩種機理并不容易從發(fā)射光譜上區(qū)分開來。基于發(fā)射光譜能夠與黑體輻射定律較好地擬合，我們相信白光上轉(zhuǎn)換中以激光激發(fā)的熱發(fā)射為主，尤其是當激光功率較高的時候。在高激發(fā)功率時，Cu2+的3d能級飽和，允許電子進一步躍迂到導帶中。這個多光子過程伴隨著光子雪崩已被數(shù)種稀土離子摻雜化合物的光電流