玻璃陶瓷材料中Tm^3＋离子红外到蓝色上转换发光

玻璃陶瓷材料中Tm^3＋离子红外到蓝色上转换发光 玻璃陶瓷材料中Tm^3，离子红外到蓝色上 转换发光 D0 4期发光 CHINESEJOURNAIOFLLIMINESCENCE vol18.No4 Dee.1997 玻璃陶瓷材料中Tm+离子红外到 蓝色上转换发光,/弓 许武黄世华?孔祥贵秦伟平1 ..———.一 __,__'?__-J' 陈 院研13 吕 OO21 哲2 (巾科学院澈发志物理开放研究实验室.长春)L/吁d一_// (中国科学院长春物理研究所,长春130021) 摘要系统研究了PbF+Ge0z+wO:Trn玻璃陶瓷材料中.在近红外光(1.06m) 激发下,Tm卜离子的发光特性.实验中观测到Tm".离子的两组峰值位置分别在20920 CITI和221.73CFll的蓝色上转换发光,并证实这两组上转换发光分别与吸收三个和四个光 子有关,同时建立了上转换发光的模型.为l了选择最佳掺杂浓度,详细地测量了Tm卜离子 峰值为20920crJ1_的蓝色上转换发光强度与TmF ' 1 '.-__ -_一--____-_一l』L 引言 铥辩 稀土离子掺杂的玻璃陶瓷材料是一种良好的上转换发光材料,它可望在显示,显 像,光存储,红外激光窗口,红外探测器等领域获得广泛应用,同时这种材料可掺人大 量的稀土离子,并具有较低的声子能量,故可期望获得较高的上转换效率. Auzel等人..首先研究玻璃陶瓷材料中在近红外光(980nm)激发下,Yb"离子到 Tm:的能量传递而产生的Tm离子蓝色上转换发光.这一上转换过程是通过Yb"离子 对Tm离子的三次不同能量传递使其被激发到G能级实现的.许武等人?首先报道 由于Tm一Yb"一Tm.的反向和正向能量传递引起的Tm 在红光(680nm)激发下, 离子峰值为20920cell-.蓝色上转换发光显着增强.本文在以上工作的基础上系统研究r 在红外光激发下(1.06m),单掺Tm的玻璃陶瓷材料中Tm"离子的蓝色上转换发光. 2买验 样品的制备工艺和条件详见文献[胡.DRC2ANd:YAG激光器作为激发光源,激 光波长为1.06.um,发射光谱经SPEX1403双光栅光谱仪分光后由HamamatueR928光 电倍增管接收.数据由计算机存储和处理. 3实验结果和讨论 图l是在l_06uEi1光激发下,玻璃陶瓷材料Tm离子蓝色上转换发光光谱.样品 中Tm的掺杂浓度为0.2mol.发射光谱由两组蓝色发光带组成,峰值位置分别为 20920cm和22173cm-..根据Tm3的能级结构,它们分别来自Tm离子的G一H 和.I)一.H的跃迁.对应于Tm的蓝色上转换发光,为了选择最佳的TmF:掺杂浓度 c,第猬 ,-嘴 第4期许武等:玻璃陶瓷材料中Tm离子红外到蓝色上转换发光 我们测量了红外光1.06m激发下,Tm 的20920cm发光强度随TmF.掺杂浓度的 变化.测量结果表明最佳掺杂浓度约为0.1 too1.我们知道,通过测量上转换激发强 度随激发光强度的变化,可以确定上转换过 程与吸收几个光子有关.图2是T蓝色 上转换发光强度随激发光强度的变化.在双 对数坐标图上Tm"离子的峰值为20920 cm和22173cm蓝色发光积分强度随 I.061激发光强度基本上呈线性变化,斜 率分别约等于3和4这一结果意味着这两 组发光分别与吸收3个和4个光子有关.根闭i 据这个实验事实.我们提出如下上转换激发 过程(图3).首先在1.06/zm激光激发下,Fig.i Tm离子被直接激发到.H.能级.然后很快 弛豫到FJ能级,在吸收第二个激发光子后 被激发到.F.能级,再弛豫到.F能级,而后 在近红外光激发T<i06m),玻璃陶瓷 材料中Tm卜离子上转换发光光谱 Upconversionemissionspectruma【1-oor~l temperaturefromTmioninglass ceratrdcsamplecontainingO1too1 TmFaunderIR(i.O6Fen)excitation 30 2S 20 E 】5 < 10 5 窒三舱换发图3+离子的能级图和上转换激发和光强度随激发强度的变化.'.一:.……一"一…….. Fig.2BIueupc0nversione叽ssi0nintensitvfrom友射蛆崔 11f Fig.3TheenergyleveldiagramofTma/on 1【"lDJII_…leJm…?uE1c— tion.frdlexctIon1n1etvacandma"xcirati.nand ermssonprocesses- roonltemperature. 吸收第三个激发光子跃迁到G能级,给出峰值为20920CIr.,蓝色上转换发光.另外处于 G能级上的部分粒子可吸收第四个激发光子,跃迁到D能级,这样峰值为22173cm一 的另一组蓝色上转换发光被观测到.从以上这些吸收光子的过程可看到这两组蓝色上转 换发光过程均属于激发态吸收过程. 发光第18卷 在T离子峰值为20920cm蓝色上转换发光强度随着TmF掺杂浓度变化的实 验结果中.我们注意到当Tm浓度大于0.1mol时,发光强度开始下降.我们考虑这 种下降过程是由Tm离子不同能级间的交叉弛豫引起的.以下是引起Tm离子蓝色上 转换发光强度降低的四种主要的交叉弛豫过程. (:G',H)一(.F2,.Hd);(G4,H)一(.H5,.F4) (G4,.H6)一(F4,H5)和(F4,H)一(.H|,3Hd) 我们第一次在玻璃陶瓷材料中,在1.06肿红外光激发下观测到Tm"离子来自于 G.和D两个能级的峰值分别为20920cm和22173cm的蓝色上转换发光,并证实这 两组蓝色发光分别与吸收3个和4个光子有关同时给出了上转换激发过程的模型. 实 验中还发现当TmF.掺杂浓度大于0.1mo1%时,Tm离子峰值为20920cm的发光强 度开始下降我们认为这种下降过程是Tm离子不同能级间交叉弛豫引起的. 参考文献 [1]AuzeiF.Pro,:.IEEE,1973,6:758. [2]AulF,Pec[1eP,MorinDJ.E]ectrochem.Soc.,1975,122:101 [3]Au跎lF,nta—CruyPA.CRevPhysApp1.1987.2O:273. [4]XuWu.DerdsJP,OzenGetat,ChemPhvsI七tt.,1993,203:211 [5]XuWu.DenisJP,OzenGal,JApp]Phys.1994,75;4180. BLUEUPCONVERSIONEMlSSlONFROMTIn抖IONDOPED INT0GLASSCERAMICSUNDER INFRAREDLIGHT(1.06Vm)EXCITAT10N XuWuHuangShihuaKongXiangguiO.inWeiping ChenBaojiu'LiuJunyeLiDanLuShaozhe U.rmfExcitedStatePs,ChineseAcademyofSciencesCfmnKdtm2130021 '(ChangchunIn~itutefPhChineseAcademyofss.Changchm2130021 (StateKeyLabvratoryofRareEarth.~atericdsChemistryandApt?s,Bitg1008711 Abstract SomespectroscopicpropertiesofPbF2+GeO2+WO3;TmF3glassceramicsunder infrared(1.06vm)excitationwereinvestigatedatroomtemperature.Theupcoversion ofinfraredradiationintoblueemission(20920cmand22173cm)fromTmionwas observed.Theupconversionprocessesinvolvethreeorfour—photonabsorptionforthese blueemissionbands.Inordertoselecttheoptimumconcentrationof1ndopantfor upconversion,theintensityoftheblue(20920cm)emissionwasmeasuredasafunc tionoftheTmF3concentration. Keywordsupconversion,eeramics