ZBLAN玻璃中Nd 3 Tm 3 Yb 3 的上转换发光特性 图文.doc

ZBLAN玻璃中Nd_3_Tm_3_Yb_3_的上转换发光特性_图文第29卷,第6期光谱学与光谱分析Vol129,No16,pp1489-14922009年6月SpectroscopyandSpectralAnalysisJune,2009ZBLAN玻璃中Nd3+,Tm3+,Yb3+的上转换发光特性杨志萍,杜海燕,孙家跃*,王葳北京工商大学化学与环境工程学院,北京100037摘要采用高温固相法制备了Nd,Tm和Yb掺杂的ZBLAN玻璃上转换材料。Tm3+,Yb3+的摩尔浓度分别固定为0101%,013%,Nd3+摩尔浓度变化范围为011%~2%。在室温下,测试了样品在300~1000nm间的吸收光谱。在798nm近红外光激发下,测试了样品的上转换光谱。实验发现,样品在798nm红外光激发下发出了较强的多波段(红,蓝和绿的可见光。由上转换可见光各波段的发射谱线,给出了能级跃迁机制。蓝光主要来源于Tm3+的激发态1G4到基态3H6的跃迁,绿光来源于Nd3+的2H7/2到基态4I9/2的跃迁,红光来源于Nd3+的2H11/2到基态4I9/2的跃迁。研究发现,在Nd3+,Tm3+,Yb3+BZBLAN玻璃样品中存在激发态吸收,能量转移和交叉弛豫等上转换过程。其发光机理是Nd3+,Tm3+和Yb3+离子之间的能量转移。根据Nd3+摩尔浓度不同其上转换发光强度不同,分析了掺入稀土的浓度对上转换发光效率的影响。当Nd3+浓度为115%(摩尔分数时上转换发光最强,大于115%后发光开始减弱。关键词上转换发光;Nd3+;Tm3+;Yb3+;ZBLAN玻璃;稀土离子;荧光光谱中图分类号:O48213,O61413文献标识码:ADOI:1013964/j1issn11000-0593(200906-1489-04收稿日期:2008-03-28,修订日期:2008-07-02基金项目:国家自然科学基金项目(20876002和北京市自然科学基金重点项目(09B0054资助作者简介:杨志萍,女,1982年,北京工商大学化学与环境工程学院硕士研究生e-mail:yangzp917@*通讯联系人e-mail:******@,但由于当时其上转换发光效率低,且需要在低温条件下工作而未引起广泛注意。Poulain[1]等发现了掺杂的锆系***化物(ZBLAN玻璃具有优良的上转换荧光特性。***化物玻璃的上转换效率比石英等氧化物玻璃高近4个数量级[2],并且能够在室温下运转和拉制成光纤,从而引起人们的广泛关注。ZBLAN玻璃在紫外到红外光谱具有优良的透光性,容易制备易拉制低损耗光纤,可高浓度掺杂各种稀土离子。ZBLAN玻璃之所以成为人们青睐的掺稀土离子发光的基质材料,主要是因为它具有较低的声子能量,只有330cm-1[3],远低于其它晶体和玻璃。稀土离子一些能级的无辐射跃迁过程是影响上转换激光效率的一个原因,这个无辐射跃迁过程是声子参与的[4]。低的声子能量可降低发射过程中稀土离子的无辐射跃迁几率,提高稀土离子中间亚稳态能级的荧光寿命,从而有效地提高稀土离子的发光效率。ZBLAN玻璃光学性能优越,对它的研究日益受到重视,近来得到广泛的应用和研究。目前,在ZBLAN中已经实现了Pr3+[5,6],Er3+[7],Yb3+[8],Tm3+[9,10],Dy3+[11]和Nd3+[12,13],Ho3+[14]等上转换发光的研究。一般来说,只掺杂一种稀土离子的上转换材料,其发光效率不高。多年来人们试图在上转换材料中加入敏化剂,以能够合成高效的上转换材料。近来主要是单掺和双掺两种稀土离子,有关ZBLAN中多掺稀土离子报道相对较少。本文主要是研究ZBLAN中掺杂Nd,Tm,Yb三种离子的上转换发光,在ZBLAN基质中掺入不等量的Nd,Tm,Yb,在特定条件下熔制不同的玻璃样品。以不可见的红外光(798nm照射样品,通过观测样品发出的可见光的波长,发光强度等,分析上转换的机理,以及掺入稀土元素的摩尔比对样品上转换发光效率的影响。1样品制备与测试实验所用ZrF4为进口粉末材料,稀土材料为光谱纯试剂(99199%,AlF3和BaF2等均为分析纯。玻璃成分为53ZrF4-20BaF2-4LaF3-3AlF3-20NaF(数字表示mol%。实验中一共制作了5个样品:基质材料相同,其中Tm3+,Yb3+的浓度保持固定不变,摩尔浓度分别为0101%,013%,Nd2O3的摩尔浓度依次为011%,014%,110%,115%,210%,表1为样品配比表。Table1Themolpercentageofthesample样品ZrF4mol%BaF2/mol%LaF3/mol%AlF3/mol%NaF/mol%Tm2O3/mol%Yb2O3/mol%Nd2O3/mol%ZBLAN153204320