多波段激發(fā)Er3+離子的敏化上轉(zhuǎn)換發(fā)光與機(jī)理.pdf

1、上轉(zhuǎn)換是一種通過(guò)多光子機(jī)制將長(zhǎng)波輻射轉(zhuǎn)換成短波輻射的發(fā)光現(xiàn)象,在激光器、彩色顯示、防偽、生物探針、太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。其中,上轉(zhuǎn)換應(yīng)用于防偽具有隱蔽性強(qiáng)、持效性強(qiáng)、低成本和便于實(shí)施加密防偽等優(yōu)勢(shì)。不過(guò),目前的上轉(zhuǎn)換防偽技術(shù)存在發(fā)光顏色不夠豐富、激發(fā)波長(zhǎng)單一等不足?；诖?本文開展了如下工作:
　　在上轉(zhuǎn)換防偽技術(shù)中,基于Yb3+離子的敏化特性,多采用980nm為激發(fā)波長(zhǎng)。盡管在該波長(zhǎng)激發(fā)下紅、綠波段能獲得較高強(qiáng)度的

2、上轉(zhuǎn)換發(fā)射,但藍(lán)光和紫光發(fā)射強(qiáng)度的提高卻比較困難。另一方面,只采用980nm的激發(fā)波長(zhǎng)相對(duì)單一,進(jìn)一步尋找新的激發(fā)波段將有利于提高上轉(zhuǎn)換防偽技術(shù)的力度,增強(qiáng)保密性。波長(zhǎng)為812nm的半導(dǎo)體激光技術(shù)已經(jīng)十分成熟,且812nm的激發(fā)光與Er3+的能級(jí)能較好地匹配。因此,實(shí)現(xiàn)812nm激發(fā)下Er3+的高強(qiáng)度上轉(zhuǎn)換發(fā)射對(duì)拓展上轉(zhuǎn)換防偽技術(shù)有重要意義。
　　本文首先采用共沉淀法合成了一種新穎的化學(xué)計(jì)量比材料Ba2ErF7。在812nm激光激

3、發(fā)下,觀察到了Er3+的明亮的上轉(zhuǎn)換紅光和綠光發(fā)射。作為對(duì)比研究,采用980nm的激光作為激發(fā)光源對(duì)Ba2ErF7樣品的發(fā)光性能進(jìn)行了探討。結(jié)果觀察到了Er3+的從紫外光到可見光范圍的豐富的上轉(zhuǎn)換發(fā)光譜帶。同時(shí)基于Yb3+離子的敏化特性研究了Yb3+離子的摻雜對(duì)Ba2ErF7樣品發(fā)光性能的影響。在812nm激發(fā)下,Yb3+離子的摻入使得Er3+的紅光和綠光發(fā)射減弱,在此充當(dāng)了淬滅劑的角色。然而,在980nm激發(fā)下,Yb3+離子的摻入大大

4、加強(qiáng)了Er3+的藍(lán)紫光的發(fā)射,同時(shí)當(dāng)摻雜濃度超過(guò)5mol％時(shí),由于Yb3+離子對(duì)Er3+的敏化作用,增強(qiáng)了Er3+的全波段發(fā)射。
　　為了進(jìn)一步提高812nm激發(fā)下的上轉(zhuǎn)換強(qiáng)度,考慮到Nd3+離子在812nm處的有效吸收,進(jìn)一步利用Nd3+離子的直接與間接敏化能量傳遞通道,分別研究了Er3+/Nd3+雙摻和Er3+/Nd3+/Yb3+三摻雜Ba2YF7中Nd3+離子對(duì)Er3+離子上轉(zhuǎn)換特性的影響與機(jī)理。在雙摻體系中,Nd3+離子的

5、摻入使得一部分藍(lán)光發(fā)生了淬滅,并使綠光發(fā)射明顯減弱,但是卻在一定濃度范圍內(nèi)增強(qiáng)了紅光的發(fā)射。在Er3+-Nd3+-Yb3+三摻雜體系中,由于摻入了Yb3+離子,Er3+離子各發(fā)光譜帶的發(fā)射強(qiáng)度比單摻和雙摻系統(tǒng)中的發(fā)射要強(qiáng),并且還觀察到了Er3+的380nm的紫外光發(fā)射。同時(shí),隨著 Nd3+離子濃度的提高,Er3+離子各發(fā)光譜帶的發(fā)射強(qiáng)度先增強(qiáng)后減弱,當(dāng) Nd3+離子濃度在2.5mol%時(shí)發(fā)射達(dá)到最強(qiáng)。這說(shuō)明 Yb3+離子在 Er3+-N

6、d3+-Yb3+三摻體系中充當(dāng)了很好的“橋梁”作用,發(fā)生了有效的Nd3+→Yb3+→Er3+的能量傳遞過(guò)程,有效的增強(qiáng)了Er3+的發(fā)射。
　　近年來(lái),半導(dǎo)體可見激光技術(shù)的長(zhǎng)足發(fā)展為上轉(zhuǎn)換防偽技術(shù)提供了新的泵浦光源,基于此,還在671nm的紅光激光激發(fā)下研究了NaYF4摻雜Er3+的上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)。在671nm激發(fā)下,觀測(cè)到了Er3+的紫外光(382nm)、紫光(400nm和408nm)、藍(lán)光(468nm和492nm)和綠光(525

7、/540nm)。通過(guò)對(duì)Er3+離子摻雜濃度對(duì)上轉(zhuǎn)換光譜影響的研究發(fā)現(xiàn):樣品在低濃度摻雜時(shí),可以使得Er3+離子的各發(fā)光譜帶的發(fā)射增強(qiáng),當(dāng)超過(guò)3mol%時(shí),Er3+離子的400nm,468nm和540nm的發(fā)射帶的熒光相對(duì)強(qiáng)度隨著Er3+離子濃度的增加逐漸減弱。基于Tm3+在671nm附近的寬帶吸收,還研究了Er3+-Tm3+之間的敏化能量傳遞。結(jié)果表明,在一定濃度范圍內(nèi),Tm3+能有效的提高 Er3+的發(fā)射強(qiáng)度,最佳的摻雜濃度在0.7m