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LED稀土荧光材料的表面等离子体荧光增强的研究

蔡毅  
【摘要】:金属表面等离子体(Surface Plasmon,SP)的光学性质以及其在表面增强荧光方面的表现,使其成为了国际研究的热点。近几年很多研究小组利用SP效应增强了LED芯片的发光效率以及荧光材料薄膜或者颗粒的发光强度,得到了令人惊喜的实验结果。然而金属纳米结构对于共掺杂稀土离子荧光材料的表面等离子体共振荧光增强效应的研究不多。 本学位论文研究了银岛状薄膜的局域表面等离子体效应(Local Surface Plasmon,LSP)对于LED用共掺杂稀土离子荧光材料的发光强度的影响。研究了银岛状薄膜的形貌、LSP共振吸收特性、以及其复合方式,从局域场增强、复合辐射衰减率以及发光中心之间和金属银的表面等离子体的能量传递等方面分析了其发光强度变化的机理。主要成果如下: (1)研究了溅射时间对银薄膜的形貌和表面等离子体共振吸收特性的调控;以及对不同热处理条件后银岛状薄膜的形貌和表面等离子体共振吸收特性的改变进行了讨论。LSP共振吸收特性可通过改变溅射时间和热处理条件的方式进行精确的调整,以达到蓝光区域。 (2)利用银岛膜的LSP效应增强了Eu,Mn共掺的单基质Ba_3MgSi_2O_8:Eu~(2+),Mn~(2+)荧光颗粒的发光,厚度为50 nm的银岛膜热处理后的共振吸收带与蓝光发射的光谱最相匹配,使得双光增强因子达到最大。Eu~(2+)的蓝光发射强度增强了1.42倍。同时,蓝光发射的光子能量通过共振能量传递到了共掺杂的Mn~(2+)离子,又使得红光发射强度增强了1.47倍。分析了Ag/Ba_3MgSi_2O_8:Eu~(2+),Mn~(2+)复合体系荧光增强的机理。 (3)探索研究了Ag/SrSi_2O_2N_2:Eu~(2+),Mn~(2+)层状方式的复合体系中Ag SP对于SrSi_2O_2N_2:Eu~(2+),Mn~(2+)荧光体发光强度的影响,由分析结果可知其发光强度没有被增强,作者认为该复合体系荧光减弱的原因有,Ag SP吸收耗散了较多的激发光能量,发光层厚度超过了Ag SP作用的范围,复合体系没有使得入射光子的利用率增加。 综上,利用银岛状薄膜的局域表面等离子体效应初步增强了LED稀土荧光材料的发光强度,不仅对于表面等离子耦合发光的机理的研究上有探索性意义,而且对于LED固态照明具有潜在的应用价值。


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