上转换发光材料摘要.ppt

课程名称: 发光材料陈国华主讲教师: 上转换发光的概念?上转换发光是在长波长光激发下,可持续发射波长比激发波长短的光。?早在 1959 年就出现了上转换发光的报道, Bloembergc 在Physical Review Letter 上发表的一篇文章提出,用 960nm 的红外光激发多晶 ZnS ,观察到了 525nm 绿色发光。 1966 年Auzcl 在研究钨酸镱钠玻璃时,意外发现,当基质材料中掺入 Yb离子时, Er3+ 、Ho3+ 和Tm3+ 离子在红外光激发时,可见发光几乎提高了两个数量级,由此正式提出了“上转换发光”的观点。?上转换发光本质上是一种反 stocks 发光, 即辐射的能量大于所吸收的能量。?迄今为止,上转换材料主要是掺杂稀土元素的固体化合物,利用稀土元素的亚稳态能级特性,可以吸收多个低能量的长波辐射,从而可使人眼看不见的红外光变成可见光。?上转换发光具有如下优点①可以有效降低光致电离作用引起基质材料的衰退; ②不需要严格的相位匹配,对激发波长的稳定性要求不高; ③输出波长具有一定的可调谐性。 上转换技术的发展?上转换现象被 Obrien B 发现于上世纪 40年代中期,稀土离子的上转换发光现象的研究则始于20世纪 50年代初的 Kastler A ,至 60年代因夜视等军用目的的需要,上转换研究得到进一步的发展。整个 60-70年代,以 Auzal 为代表, 系统地对掺杂稀土离子的上转换特性及其机制进行了深入的研究,提出掺杂稀土离子形成亚稳激发态是产生上转换功能的前提。? 80年代后期,利用稀土离子的上转换效应,覆盖红绿蓝所有可见光波长范围都获得了连续室温运转和较高效率、较高输出功率的上转换激光输出。? 1994 年Stanford 大学和 IBM 公司合作研究了上转换应用的新生长点——双频上转换立体三维显示,并被评为 1996 年物理学最新成就之一。? 2000 年Chen 等对比研究了 Er/Yb: FOG ***氧玻璃和 Er/Yb:FOV 钒盐陶瓷的上转换特性,发现后者的上转换强度是前者的 l0倍,前者发光存在特征饱和现象,。近几年,人们对上转换材料的组成与其上转换特性的对应关系作了系统的研究,得到了一些优质的上转换材料。?频率上转换研究的这些发展一方面是由于社会对其应用技术的需求以及半导体激光发展的促进所致,另一方面也是随着上转换的机制等基础研究的突破和材料的发展而发展的。 稀土离子上转换发光机理 激发态吸收( ESA , Excited State Absorption ) 激发态吸收过程(ESA) 是在 1959 Bloembergen 等人提出的,其原理是同一个离子从基态能级通过连续的多光子吸收到达能量较高的激发态能级的一个过程,这是上转换发光的最基本过程。图1(a) 是激发态吸收(ESA) 过程示意图。首先,离子吸收一个能量为 hv1 的光子, 从基态 1被激发到激发态 ,离子再吸收一个能量为 hv2 的光子, 从激发态 2被激发到激发态 3, 随后从激发态 3发射出比激发光波长更短的光子。在连续光激发下,上转换发光(来自能级 3)的强度通常正比于 I 1,I 2,, hv1=hv2 ,其发光强度通常正比于 I ,如果需要发生 n次吸收,上转换发光强度将正比于I n,另外, ESA 过程为单个离子的吸收,具有不依赖于发光离子浓度的特点。