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《湘潭大学》 2010年
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多波段激发Er~(3+)离子的敏化上转换发光与机理

步妍妍  
【摘要】: 上转换是一种通过多光子机制将长波辐射转换成短波辐射的发光现象,在激光器、彩色显示、防伪、生物探针、太阳能电池等领域有着广泛的应用前景。其中,上转换应用于防伪具有隐蔽性强、持效性强、低成本和便于实施加密防伪等优势。不过,目前的上转换防伪技术存在发光颜色不够丰富、激发波长单一等不足。基于此,本文开展了如下工作: 在上转换防伪技术中,基于Yb~(3+)离子的敏化特性,多采用980nm为激发波长。尽管在该波长激发下红、绿波段能获得较高强度的上转换发射,但蓝光和紫光发射强度的提高却比较困难。另一方面,只采用980nm的激发波长相对单一,进一步寻找新的激发波段将有利于提高上转换防伪技术的力度,增强保密性。波长为812nm的半导体激光技术已经十分成熟,且812nm的激发光与Er~(3+)的能级能较好地匹配。因此,实现812nm激发下Er~(3+)的高强度上转换发射对拓展上转换防伪技术有重要意义。本文首先采用共沉淀法合成了一种新颖的化学计量比材料Ba_2ErF_7。在812nm激光激发下,观察到了Er~(3+)的明亮的上转换红光和绿光发射。作为对比研究,我们采用980nm的激光作为激发光源对Ba_2ErF_7样品的发光性能进行了探讨。结果观察到了Er~(3+)的从紫外光到可见光范围的丰富的上转换发光谱带。同时基于Yb~(3+)离子的敏化特性研究了Yb~(3+)离子的掺杂对Ba_2ErF_7样品发光性能的影响。在812nm激发下,Yb~(3+)离子的掺入使得Er~(3+)的红光和绿光发射减弱,在此充当了淬灭剂的角色。然而,在980nm激发下,Yb~(3+)离子的掺入大大加强了Er~(3+)的蓝紫光的发射,同时当掺杂浓度超过5mol%时,由于Yb~(3+)离子对Er~(3+)的敏化作用,增强了Er~(3+)的全波段发射。 为了进一步提高812nm激发下的上转换强度,考虑到Nd~(3+)离子在812nm处的有效吸收,进一步利用Nd~(3+)离子的直接与间接敏化能量传递通道,分别研究了Er~(3+)/Nd~(3+)双掺和Er~(3+)/Nd~(3+)/Yb~(3+)三掺杂Ba2YF7中Nd~(3+)离子对Er~(3+)离子上转换特性的影响与机理。在双掺体系中,Nd~(3+)离子的掺入使得一部分蓝光发生了淬灭,并使绿光发射明显减弱,但是却在一定浓度范围内增强了红光的发射。在Er~(3+)-Nd~(3+)-Yb~(3+)三掺杂体系中,由于掺入了Yb~(3+)离子,Er~(3+)离子各发光谱带的发射强度比单掺和双掺系统中的发射要强,并且还观察到了Er~(3+)的380nm的紫外光发射。同时,随着Nd~(3+)离子浓度的提高,Er~(3+)离子各发光谱带的发射强度先增强后减弱,当Nd~(3+)离子浓度在2.5mol%时发射达到最强。这说明Yb~(3+)离子在Er~(3+)-Nd~(3+)-Yb~(3+)三掺体系中充当了很好的“桥梁”作用,发生了有效的Nd~(3+)→Yb~(3+)→Er~(3+)的能量传递过程,有效的增强了Er~(3+)的发射。 近年来,半导体可见激光技术的长足发展为上转换防伪技术提供了新的泵浦光源,基于此,我们还在671nm的红光激光激发下研究了NaYF4掺杂Er~(3+)的上转换发光性质。在671nm激发下,观测到了Er~(3+)的紫外光(382nm)、紫光(400nm和408nm)、蓝光(468nm和492nm)和绿光(525/540nm)。通过对Er~(3+)离子掺杂浓度对上转换光谱影响的研究发现:样品在低浓度掺杂时,可以使得Er~(3+)离子的各发光谱带的发射增强,当超过3mol%时,Er~(3+)离子的400nm,468nm和540nm的发射带的荧光相对强度随着Er~(3+)离子浓度的增加逐渐减弱。基于Tm3+在671nm附近的宽带吸收,我们还研究了Er~(3+)-Tm3+之间的敏化能量传递。结果表明,在一定浓度范围内,Tm3+能有效的提高Er~(3+)的发射强度,最佳的掺杂浓度在0.7mol%。
【学位授予单位】:湘潭大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:O482.31

【参考文献】
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