稀土Ho摻雜氧化物和氟化物材料上轉換熒光機制研究.pdf

1、稀土摻雜上轉換發(fā)光材料由于在全固態(tài)激光器、生物探針、海底探測和三維立體顯示等方面具有重要的應用價值而受到人們的廣泛關注。隨著大功率紅外二極管激光器技術的成熟，為實現(xiàn)以稀土摻雜上轉換發(fā)光材料為激光工作介質的短波全固態(tài)激光器開拓了新的契機。目前，作為激光工作介質的激活劑主要集中在Nd3+、Er3+、Tm3+等離子，對于與Er3+離子具有相當發(fā)光效率的Ho3+離子研究的很少。而Ho3+離子具有豐富的、獨特的光譜性質。本文以稀土Ho3+和Yb3

2、+摻雜的氧化物和氟化物為主要研究對象，對Ho3+離子的近紅外熒光發(fā)射機制、Ho3+離子紫外上轉換熒光發(fā)射、Ho3+離子與Gd3+離子之間能量傳遞、增強Ho3+離子熒光強度方法等方面展開了系統(tǒng)研究。
　　開展了Ho3+離子近紅外上轉換熒光發(fā)射光譜(754nm)發(fā)光機制的研究。利用溶膠-凝膠工藝合成摻雜Ho3+和Yb3+離子 Y2O3、Gd2O3陶瓷樣品。通過對樣品上轉換發(fā)射譜、時間分辨光譜和功率曲線的測量和分析，證明了Ho3+離子的

3、近紅外上轉換熒光發(fā)射(754 nm)來自于Ho3+離子的5F4/5S2→5I7躍遷。建立了穩(wěn)態(tài)速率方程，為氧化物陶瓷中Ho3+離子的近紅外上轉換發(fā)射機制提供了理論依據(jù)。
　　對Y2O3陶瓷材料中Ho3+離子紫外上轉換熒光發(fā)射進行研究。通過改變Yb3+離子濃度，得到隨Yb3+離子濃度變化的Ho3+離子紫外上轉換熒光發(fā)射光譜。研究發(fā)現(xiàn)，在2-15mol％范圍內(nèi)，隨Yb3+離子摻雜濃度增加，Ho3+離子中心波長為360nm的紫外上轉換熒

4、光強度單調(diào)增強；而Ho3+離子中心波長在（554,754）和（392,428,667）nm的上轉換熒光最大強度分別出現(xiàn)在Yb3+離子摻雜濃度為5和11mol%時。因此，增加Yb3+離子濃度更有利于提高Ho3+離子的短波長上轉換能量傳遞效率。
　　開展了Y2O3陶瓷材料中Ho3+離子和Gd3+離子之間能量傳遞的研究。熒光光譜表明，Y2O3陶瓷材料中Ho3+離子和Gd3+離子之間存在能量轉換。熒光光譜和功率曲線的分析表明，Ho3+離子

5、(3P1,3L8,3M10)能級通過四光子過程布居；Gd3+離子6PJ能級的布居，通過Ho3+離子(3P1,3L8,3M10)能級能量轉移實現(xiàn)。
　　針對增強Y2O3陶瓷材料中Ho3+離子的上轉換熒光強度展開研究。研究表明，氧化物陶瓷中Gd3+離子濃度可以調(diào)節(jié)Ho3+離子的上轉換熒光光譜；隨Gd3+離子濃度增加，Ho3+離子的上轉換熒光發(fā)射單調(diào)增強。通過X射線衍射圖譜和Ho3+離子相關能級壽命分析，發(fā)現(xiàn)Gd3+離子引入影響晶格場，