Gd~(3+)离子掺杂上转换微米晶发光特性研究

【摘要】：近年来,由于高密度光存储、光刻机、海底通讯和医疗等领域的迅猛发展,对于短波长全固态激光器的需求越来越迫切。其中稀土离子掺杂的上转换材料作为一种可以简单实现短波长全固态激光器的核心材料而受到广大研究者的青睐。现如今,位于可见光波段的全固态激光器已经被人们成功研制,而扩大上转换激光器的应用范围获得紫外波段的上转换激光器成为了广大研究者们的共同课题。作为短波长全固态激光器的重要组成部分,寻找一种新型高效的紫外上转换材料已经变成了大家共同的目标。Gd~(3+)离子的第一激发态~6P_(7/2)位于紫外区域,这种特殊的能级结构使得它的上转换发射变得非常困难。迄今为止,只有少数的几篇研究中报道了Gd~(3+)的上转换发射,而且多是使用绿色激光(546 nm)作为泵浦光源,通过以其它离子作为敏化剂将能量传递给Gd~(3+)离子的方式观察到Gd~(3+)离子的上转换发光,但这些发光的效果不是很理想。Er~(3+)、Tm~(3+)和Ho~(3+)离子的能级间距能够很好地匹配980 nm的激光,而且拥有丰富的能级结构,可以发射出覆盖近红外到紫外的上转换发射,因此能够很好地充当敏化剂来激发Gd~(3+)离子。但有关Er~(3+)、Tm~(3+)和Ho~(3+)离子作为敏化剂激发Gd~(3+)离子的研究却很少见。因此,本文选用声子能量较低发光效率较好的六角相β-Na YF_4为基质材料,研究了在980 nm激光激发下样品的上转换发射。结果如下:通过水热法合成了Na YF_4:Gd~(3+)/Yb~(3+)/Er~(3+)、Na YF_4:Gd~(3+)/Yb~(3+)/Tm~(3+)、Na YF_4:Gd~(3+)/Yb~(3+)/Ho~(3+)微米晶,分别对这几组样品进行了表征与测试。在980 nm激光的激发下,观察到了来自Gd~(3+)离子的紫外上转换发射,当掺入Gd~(3+)离子后,样品位于紫外波段的上转换发射均有增强,通过分析不同掺杂浓度下的上转换光谱证明了Gd~(3+)离子的上转换发射来源于Er~(3+)、Tm~(3+)和Ho~(3+)离子的敏化作用。在分析激光功率密度对发射强度的依赖性后,给出了可能的上转换发射路径和过程。