稀土離子在重金屬氧化物玻璃中的上轉(zhuǎn)換速率方程研究.pdf

1、本文研究了Er3+單摻和Yb3+敏化R3+（Er3+,Ho3+,Tm3+）在重金屬氧化物玻璃中的上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)及其速率方程分析。
　　 第一章首先簡要地概述了上轉(zhuǎn)換發(fā)光和速率方程的研究進展，綜述了玻璃基質(zhì)中稀土離子上轉(zhuǎn)換發(fā)光研究現(xiàn)狀和理論研究基礎(chǔ)，然后提出了本文的研究思路和內(nèi)容。
　　 第二章，主要闡述了TeO2-ZnO-La2O3和Bi2O3-GeO2-Na2O玻璃系統(tǒng)中Er3+離子濃度對上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)影響，結(jié)果表明：

2、當(dāng)兩種玻璃系統(tǒng)的Er2O3摻雜濃度都為1.0mol％時，上轉(zhuǎn)換強度都達到了最大值。討論了在TeO2-ZnO-La2O3玻璃系統(tǒng)中，Er3+離子速率方程模型，計算了相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)移參數(shù)。
　　 第三章，研究了低溫下975nm激發(fā)下Er3+/Yb3+共摻碲酸鹽玻璃中上轉(zhuǎn)換發(fā)光與溫度的關(guān)系。在8-300K條件下，研究了3個上轉(zhuǎn)換熒光峰，依次為529nm(2H11/2 → 4I15/2)，546nm(4S3/2 → 4I15/2)和669

3、nm(4F9/2 → 4I15/2)與溫度的關(guān)系。研究了上轉(zhuǎn)換強度與溫度的關(guān)系，觀察到在80K的時候，上轉(zhuǎn)換綠光（546nm）和紅光(669nm)達到了最大值，與300K溫度條件下相應(yīng)的上轉(zhuǎn)換綠光和紅光強度相比分別提高了2.198和1.556倍。隨著溫度的降低，529 nm的綠光逐漸減弱，直至消失。通過速率方程從理論上擬和了測量得到的上轉(zhuǎn)換強度與溫度的關(guān)系，結(jié)果顯示在穩(wěn)態(tài)條件下4S3/2 和 2H11/2能級上的粒子數(shù)的提高主要由所決定

4、，解釋了4S3/2能級和2H11/2能級上的粒子數(shù)隨溫度變化的分布情況。研究了4S3/2能級和2H11/2能級的壽命與溫度的關(guān)系，并與理論結(jié)果相一致。
　　 第四章，分別以碲酸鹽玻璃和鉍酸鹽玻璃作為基質(zhì)材料，以Yb3+離子作為敏化離子，探討Ho3+在碲酸鹽玻璃和鉍酸鹽玻璃中的上轉(zhuǎn)換發(fā)光。在549 nm和644 nm 兩個波長位置出現(xiàn)了明顯的綠光和紅光，根據(jù)Ho3+離子的能級結(jié)構(gòu)可以推斷這三處上轉(zhuǎn)換熒光分別是由于Ho3+: 5S2

5、 (5F4) →5I8, 和5F5 → 5I8輻射躍遷產(chǎn)生。Ho3+ 和 Yb3+的最佳摻雜比是1：8，達到了上轉(zhuǎn)換的最大效率。提出了一個合適的速率方程，證明了雙光子過程，獲得了Yb3+/Ho3+之間的能量轉(zhuǎn)移系數(shù)CD2, CD3 和 CD4分別為CD2=5.0*10-18cm3/s, CD3=1.5*10-17cm3/s, CD4=9.0*10-17cm3/s。研究Yb3+/Ho3+共摻xBi2O3-(90-x)GeO2-10Na2O

6、玻璃的上轉(zhuǎn)換特性。研究表明Bi2O3在玻璃網(wǎng)絡(luò)體中有重要的影響，并且能改變玻璃基質(zhì)的最大聲子能量。隨著Bi2O3的增加，玻璃基質(zhì)的最大聲子能量逐漸減少，同時觀察到上轉(zhuǎn)換綠光和紅外強度也明顯增強。通過求解速率方程和測量得到的熒光強度的關(guān)系，從而獲得的三個能量轉(zhuǎn)移系數(shù)CD2, CD3和 CD4分別為CD2=2.84×10-18cm3/s，CD3=6.22×10-18cm3/s，CD4=4.11×10-17cm3/s.
　　 第五章，

7、制備了Tm3+/Yb3+共摻碲鋅鉛鑭玻璃，在Tm3+/Yb3+共摻TeO2-ZnO-La2O3玻璃組分的基礎(chǔ)上，引入聲子能量較低的PbO，討論了PbO對玻璃的熱學(xué)穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)以及上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜的影響，隨著PbO含量的增加，上轉(zhuǎn)換藍光（477nm）、紅光（653nm）和近紅外光（796nm）的發(fā)光強度都有明顯增強。通過對上轉(zhuǎn)換發(fā)光機制的分析表明，上轉(zhuǎn)換近紅外光為雙光子吸收過程，上轉(zhuǎn)換藍光和紅光為三光子吸收過程。基于Tm3+和Yb3+的能級