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浓度对Er3+单掺及Er3+/Yb3+共掺氟氧化物玻璃光谱学性质影响

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摘要

第1章 绪论

1.1 玻璃材料的性质

1.1.1 玻璃材料的通性

1.1.2 玻璃材料的光学性质

1.1.3 玻璃材料的理化特性

1.2 玻璃材料的结构

1.2.1 玻璃结构的几种假说

1.2.2 玻璃成分、结构及性能的关系

1.2.3 玻璃结构对发光影响

1.3 稀土离子能级

1.3.1 稀土离子电子构型

1.3.2 稀土离子能级与发光

1.4 Er3+上转换发光

1.4.1 上转换发光机理

1.4.2 上转换发光的浓度猝灭

1.4.3 Er3+及Er3+/Yb3+上转换发光

1.5 本论文的研究内容及创新点

第2章 样品的设计、制备与表征

2.1 上转换玻璃材料基质的选择

2.1.1 上转换玻璃材料的分类

2.1.2 氟氧化物玻璃的优点

2.2 样品的制备

2.2.1 玻璃材料制备理论

2.2.2 制备玻璃材料的步骤

2.3 样品的表征

2.3.1 稀土离子荧光光谱表征

2.3.2 物理性能测量

第3章 Er3+浓度对氟氧化物玻璃光谱学性质影响

3.1 Er3+浓度对光学跃迂性质及玻璃结构的影响

3.1.1 Er3+掺杂氟氧化物玻璃的吸收光谱

3.1.2 光学跃迁性质计算

3.1.3 分析与讨论

3.2 Er3+浓度对上转换发光性质影响

3.2.1 980 nm激光激发下上转换发光

3.2.2 808 nm激光激发下上转换发光

3.3 本章小结

第4章 Er3+/Yb3+共掺杂氟氧化物玻璃上转换发光性质分析

4.1 Er3+/Yb3+共掺氟氧化物玻璃的光学跃迂

4.2 Er3+/Yb3+共掺杂氟氧化物功率依赖上转换过程

4.3 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢

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摘要

近些年来,掺杂稀土离子的晶体和玻璃材料的上转换发光受到较为广泛的关注。其中,近红外光激发辐射出可见光的应用潜力较为突出。掺杂稀土离子的固体发光材料在光学信号存储、彩色显示器、生物医学诊断、传感器等众多领域有着良好的应用前景。本文主要分析了Er3+浓度变化及固定Er3+掺杂浓度时Yb3+浓度变化对氟氧化物玻璃材料光谱学性质的影响,具体内容如下:
  一、采用高温熔融淬火法制备了Er3+掺杂的氟氧化物碲酸盐玻璃材料,并测试了不同Er3+掺杂浓度的氟氧化物碲酸盐玻璃的吸收光谱。根据Judd-Ofelt理论计算了各个样品J-O阵子强度参数Ωλ(λ=2,4,6),讨论了Er3+浓度对氟氧化物碲酸盐玻璃光学跃迁性质和玻璃结构的影响。室温下分别测量了980 nm和808 nm激光激发下样品的上转换荧光光谱,可清楚观察到样品的绿光(524和545 nm)和红光(650 nm)发射,分别对应于Er3+的2H11/2→4I15/2,4S3/2→4I15/2和4F9n→4I15/2跃迁。通过分析样品上转换发光强度对激发光泵浦电流的依赖关系,得到绿色发射和红色发射均为双光子过程。另外,探讨了样品产生浓度猝灭的原因,分析得到了Er3+的交叉弛豫路径。
  二、采用高温熔融淬火法成功制得Er3+/Yb3+共掺氟氧化物碲酸盐玻璃,并对Er3+/Yb3+共掺氟氧化物玻璃的吸收光谱进行了测量。使用980 nm激光器激发玻璃样品,测试了样品的上转换荧光发射谱,分析了样品上转换发光强度对激发光泵浦电流的依赖关系,得到Er3+/Yb3+共掺氟氧化物玻璃的绿色发射和红色发射均为双光子上转换过程。此外,我们发现随着Yb3+浓度的升高,Er3+的上转换发光强度呈现先增强后减弱的变化趋势,分析认为这种浓度猝灭行为是由于离子间的能量传递造成的。当Yb3+与Er3+掺杂浓度比为10∶3时样品的发光强度最大。

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