稀土摻雜氟化物晶體的光譜性質(zhì)和能量傳遞機制研究.pdf

1、本論文的研究內(nèi)容主要包括兩個部分，第一部分是關(guān)于稀土摻雜的氟化物發(fā)光性質(zhì)的研究，主要的研究內(nèi)容和研究結(jié)果在第三章到第五章進行論述。第二部分是關(guān)于溶膠，凝膠法制備的Lu3Al5O12(LuAG)薄膜的發(fā)光性質(zhì)的研究，主要的研究內(nèi)容和研究結(jié)果在第六章中進行論述。
　　 論文的第一章為緒論部分，論述了本文研究內(nèi)容的背景以及一些基本知識。首先對稀土元素和三價稀土離子的能級結(jié)構(gòu)作了簡單的說明，然后討論了光致發(fā)光的基本原理以及吸收、能量傳遞

2、和發(fā)射三個過程中涉及到的一些現(xiàn)象，并對躍遷、無輻射弛豫和能量傳遞的選擇定則做了簡單的闡述。最后給出了稀土發(fā)光材料的一些應(yīng)用和當(dāng)前的研究熱點。
　　 在關(guān)于稀土摻雜的氟化物發(fā)光性質(zhì)的研究部分中，首先在第二章介紹了量子剪裁和能量上轉(zhuǎn)換的機制。然后在第三章至第五章詳細討論了稀土摻雜的CsGd2F7、K2GdFs和LiKGdFs單晶在真空紫外光和紫外光激發(fā)下的光譜性質(zhì)。在第三章中還討論了980nm激發(fā)下的CsGd2F7∶Er3+，Dy3

3、+的能量上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　 1.測量了CsGd2F7∶Er3+，Dy3+在真空紫外和紫外光激發(fā)的發(fā)射光譜，通過對355nm激發(fā)下的各發(fā)射峰的衰減性質(zhì)的分析，并結(jié)合Dieke能級圖，對對應(yīng)的發(fā)光躍遷進行了指認(rèn)。隨后根據(jù)同一基質(zhì)中電荷遷移態(tài)和4f-5d最低吸收能量位置的經(jīng)驗公式，計算了稀土離子在CsGd2F7晶體中的電荷遷移態(tài)和4f-5d躍遷的最低吸收能量位置，其中Er3+和Dy3+的4f-5d躍遷最低能

4、量位置的計算結(jié)果與實驗測量結(jié)果在誤差范圍內(nèi)一致。在1at.％Er3+和0.2at.％Dy3+的共摻濃度下，還觀察到了通過Er3+到Gd3+的交叉弛豫能量傳遞而實現(xiàn)的量子剪裁現(xiàn)象。980nm紅外光激發(fā)下，可以觀察到CsGd2F7∶Er3+，Dy3+樣品的綠光發(fā)射，說明存在能量上轉(zhuǎn)換過程，進一步的分析表明其上轉(zhuǎn)換發(fā)光的機制為激發(fā)態(tài)吸收，即Er3+先吸收一個980nm的光子，躍遷到中間的4I11/2亞穩(wěn)態(tài)能級上，隨后又吸收一個980nm的光子

5、，從4I11/2躍遷至4F7/2能級上。最后，計算了不同波長激發(fā)光激發(fā)下CsGd2F7∶Er3+，Dy3+發(fā)光的色坐標(biāo)，指出了通過改變Er3+和Dy3+的摻雜濃度來調(diào)節(jié)Er3+、Dy3+的發(fā)射強度，有望得到CsGd2F7∶Er3+，Dy3+在真空紫外光或紫外光激發(fā)下的白光發(fā)射。
　　 2.測量了K2GdF5∶Tb3+(0.5at.％)在真空紫外和紫外區(qū)的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜，對不同激發(fā)下Tb3+的I5D4/I5D3的變化給出了如下

6、解釋：在K2GdF5這種Gd3+形成平行長鏈的晶體中，Tb3+容易發(fā)生團聚導(dǎo)致激發(fā)Tb3+時更容易發(fā)生Tb3+之間的交叉弛豫，并指出這種能量傳遞機制為ED-ED相互作用。
　　 3.分別對共摻Er3+(2at.％)和Sm3+(0.4at.％)、Er3+(1at.％)和Dy3+(0.2at.％)、Tm3+(1at.％)和Dy3+(0.2at.％)的LiKGdFs的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜進行了細致的分析，考察了它們作為量子剪裁材料的可能

7、性。對不同激發(fā)下樣品中的能量傳遞機制進行了討論。
　　 在文章的第二部分，先是對溶膠-凝膠法的基本原理和特點做了簡單的介紹，然后采用Pechini溶膠-凝膠法和提拉法制備了LuAG摻Tb3+的薄膜。XRD測量結(jié)果表明，在900℃燒結(jié)一個小時后，薄膜樣品開始出現(xiàn)LuAG的相，且燒結(jié)溫度越高，成相越好。但是1000℃燒結(jié)后的樣品發(fā)光強度強于1100℃燒結(jié)的樣品，對此的解釋是在1100℃下，樣品中的部分Tb3+被氧化成Tb4+。此外，