多波段激發(fā)Er3+離子的敏化上轉換發(fā)光與機理.pdf

1、上轉換是一種通過多光子機制將長波輻射轉換成短波輻射的發(fā)光現(xiàn)象,在激光器、彩色顯示、防偽、生物探針、太陽能電池等領域有著廣泛的應用前景。其中,上轉換應用于防偽具有隱蔽性強、持效性強、低成本和便于實施加密防偽等優(yōu)勢。不過,目前的上轉換防偽技術存在發(fā)光顏色不夠豐富、激發(fā)波長單一等不足?；诖?本文開展了如下工作:
　　在上轉換防偽技術中,基于Yb3+離子的敏化特性,多采用980nm為激發(fā)波長。盡管在該波長激發(fā)下紅、綠波段能獲得較高強度的

2、上轉換發(fā)射,但藍光和紫光發(fā)射強度的提高卻比較困難。另一方面,只采用980nm的激發(fā)波長相對單一,進一步尋找新的激發(fā)波段將有利于提高上轉換防偽技術的力度,增強保密性。波長為812nm的半導體激光技術已經(jīng)十分成熟,且812nm的激發(fā)光與Er3+的能級能較好地匹配。因此,實現(xiàn)812nm激發(fā)下Er3+的高強度上轉換發(fā)射對拓展上轉換防偽技術有重要意義。
　　本文首先采用共沉淀法合成了一種新穎的化學計量比材料Ba2ErF7。在812nm激光激

3、發(fā)下,觀察到了Er3+的明亮的上轉換紅光和綠光發(fā)射。作為對比研究,采用980nm的激光作為激發(fā)光源對Ba2ErF7樣品的發(fā)光性能進行了探討。結果觀察到了Er3+的從紫外光到可見光范圍的豐富的上轉換發(fā)光譜帶。同時基于Yb3+離子的敏化特性研究了Yb3+離子的摻雜對Ba2ErF7樣品發(fā)光性能的影響。在812nm激發(fā)下,Yb3+離子的摻入使得Er3+的紅光和綠光發(fā)射減弱,在此充當了淬滅劑的角色。然而,在980nm激發(fā)下,Yb3+離子的摻入大大

4、加強了Er3+的藍紫光的發(fā)射,同時當摻雜濃度超過5mol％時,由于Yb3+離子對Er3+的敏化作用,增強了Er3+的全波段發(fā)射。
　　為了進一步提高812nm激發(fā)下的上轉換強度,考慮到Nd3+離子在812nm處的有效吸收,進一步利用Nd3+離子的直接與間接敏化能量傳遞通道,分別研究了Er3+/Nd3+雙摻和Er3+/Nd3+/Yb3+三摻雜Ba2YF7中Nd3+離子對Er3+離子上轉換特性的影響與機理。在雙摻體系中,Nd3+離子的

5、摻入使得一部分藍光發(fā)生了淬滅,并使綠光發(fā)射明顯減弱,但是卻在一定濃度范圍內增強了紅光的發(fā)射。在Er3+-Nd3+-Yb3+三摻雜體系中,由于摻入了Yb3+離子,Er3+離子各發(fā)光譜帶的發(fā)射強度比單摻和雙摻系統(tǒng)中的發(fā)射要強,并且還觀察到了Er3+的380nm的紫外光發(fā)射。同時,隨著 Nd3+離子濃度的提高,Er3+離子各發(fā)光譜帶的發(fā)射強度先增強后減弱,當 Nd3+離子濃度在2.5mol%時發(fā)射達到最強。這說明 Yb3+離子在 Er3+-N

6、d3+-Yb3+三摻體系中充當了很好的“橋梁”作用,發(fā)生了有效的Nd3+→Yb3+→Er3+的能量傳遞過程,有效的增強了Er3+的發(fā)射。
　　近年來,半導體可見激光技術的長足發(fā)展為上轉換防偽技術提供了新的泵浦光源,基于此,還在671nm的紅光激光激發(fā)下研究了NaYF4摻雜Er3+的上轉換發(fā)光性質。在671nm激發(fā)下,觀測到了Er3+的紫外光(382nm)、紫光(400nm和408nm)、藍光(468nm和492nm)和綠光(525

7、/540nm)。通過對Er3+離子摻雜濃度對上轉換光譜影響的研究發(fā)現(xiàn):樣品在低濃度摻雜時,可以使得Er3+離子的各發(fā)光譜帶的發(fā)射增強,當超過3mol%時,Er3+離子的400nm,468nm和540nm的發(fā)射帶的熒光相對強度隨著Er3+離子濃度的增加逐漸減弱?；赥m3+在671nm附近的寬帶吸收,還研究了Er3+-Tm3+之間的敏化能量傳遞。結果表明,在一定濃度范圍內,Tm3+能有效的提高 Er3+的發(fā)射強度,最佳的摻雜濃度在0.7m