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1、第32卷第1O期物理实验Vol_32No.1OPHYSICSEXPERIMENTATION0ct.,2O122012年1O月Tm3+/Yb3+/Era+共掺氟氧硅酸盐玻璃的上转换发光特性胥馨,张新颖,张健(空军航空大学基础部,吉林长春130022)摘要:利用熔融法制备了Tm件/Yb”/Er。共掺氟氧硅酸盐玻璃.在980nmLD激发下,研究了Tm离子和Er3离子之间的能量传递和Tm。+离子的上转换荧光,分析了Tm离子的上转换机理,发现蓝色上转换荧光是三光子过程对应于Gd—aH的跃迁,而红色上转换荧光是双光子过程对应于G一。F的跃迁.比较不同掺杂摩尔
2、分数的样品的荧光强度,发现Tm。离子的最佳掺杂摩尔分数为0.2.关键词:Tm件/Yb/Er”共掺;上转换;氟氧硅酸盐玻璃;稀土中图分类号:0493.3文献标识码:A文章编号:1005—4642(2012)10—0009—04完全后取出坩埚,将玻璃液浇注在预热好的铁板1引言上,再放入600℃的退火炉中自然退火至室温,得Tm什离子在可见光及红外波段都有着非常到玻璃样品.把样品加工成20mE×10mE×吸引人的发射,有着良好的应用前景,是近些年研2mE尺寸,抛光以备测试使用.究的热点n].但Tm。离子即使在很低的摩尔分数下,荧光猝灭也已经很严重,因此需
3、要进一步提表1Tm3/Yb3/Er3共掺氟氧硅酸盐玻璃组分高上转换发光效率.由于低声子能量的基质材料组分z/Si023O~4O可以降低多声子弛豫造成的无辐射能量损失,从BaF22O~3O而实现较强的上转换发光.目前研究的基质材料Ba02O~25大多为氟化物晶体、陶瓷或玻璃[4.6_.但是氟化物Sr010~15材料的稳定性和机械强度差、抗激光损失阈值低、Alz032~6工艺制作困难等缺点使得它们在实际应用中遇到Yb2O31~5了很多困难.氧化物玻璃[70]的声子能量虽然高E2031~5于氟化物玻璃,但其具有更高的机械强度、热稳定Tm2O3O~5性和
4、化学稳定性,能适应恶劣的环境,因此展示出诱人的应用前景.近年研究发现,氟氧硅酸盐玻样品的发射谱是由日本Shimadzu生产的璃L1¨既具有氧化物玻璃的稳定性又具有氟化物RF一5301pc荧光光谱仪测试的.玻璃优良的光学性能,所以氟氧硅酸盐玻璃是一3结果与分析种潜在的优良的上转换发光材料.3.1上转换发光及其机理分析2实验图1为980nm激光泵浦激发Tm抖/Yb。/用熔融法制备了组分(摩尔分数)如表1所示Er。三掺氟氧硅酸盐玻璃的上转换荧光光谱,与的氟氧硅酸盐玻璃样品,所用原料均为高纯原料.Yb。/Er。f共掺氟氧硅酸盐玻璃的上转换荧光光准确称量各
5、原料共约10g,混合均匀后倒入铂金谱相比较,其谱线形状相同,并没有产生新的荧光坩埚后放入电炉,于1450℃熔化约25min,熔化发射峰,只是荧光强度有所不同.引入Tm抖离子“第7届全国高等学校物理实验教学研讨会”论文收稿日期:2012—05—31;修改日期:2012-08-21作者简介:胥馨(1982一),女,吉林蛟河人,空军航空大学基础部讲师,硕士,研究方向为物理光学.1O物理实验第32卷后,479nm附近的荧光强度急剧增加,同时对Eraj‘(S3/2)+Tm。(。H6)525nm和545nm绿光及656nm红光强度有影Er抖(9/2)+Tm抖
6、(。F4),(1)响.由此可知,479nm的蓝光是Tm计:G4Er。(S3/2)+Tm。(。H6)·一。H6和Er什:F/2一J2的跃迁发射的叠加,Er抖(jl1/2)+Tm件(。H5),(2)526nm和547nm的绿光是Er什:。H⋯2一15/2Er什(F9/2)+Tm件(。H6)÷和S3/2一J的跃迁发射,656nm红光是Er什(13/z)+Tm什(。H5),(3)TmH:G4。F4和Er¨:F9/2J1s/2的跃迁发Er。(F9/2)+Tm”(。H6)·射的叠加.Er。(Jl5/2)+Tm什(。F3).(4)26022018O1401o0
7、6O2O/Er3厂rm/E-2o4005006007008oo)dnm图1Tm”/Yb。/Er共掺杂氟氧硅酸盐图2Er3与Tm”的交叉弛豫作用玻璃的上转换荧光谱文献[14]研究了这几种交叉弛豫的可能性.当Tm。/vb抖/Er抖三掺时,Yb。离子仍然由于(1)和(2)2种交叉弛豫的存在,导致了Er。作为敏化离子起能量传递的主导作用,一部分离子S能级上的粒子数降低,从而降低了上转Yb什与Er。离子之间以Yb抖/Er件共掺的上转换绿光的强度.同理,(3)和(4)2种交叉弛豫的换发光机理相互作用,一部分Yb。与Tm离子存在,导致了Er。离子Fg/能级上粒
8、子数降低,之间以Yb。/Tm什共掺的上转换发光机理相互从而降低了上转换红光的强度.这两方面的作用作用,由于Er。和Tm。离子同时存在,E
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