稀土掺杂氟锆酸盐玻璃/微晶玻璃的制备与发光特性研究

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氟锆酸盐玻璃基质具备良好的物理和化学稳定性及较低的声子能量(仅为560cm-1)、较高的稀土离子溶解度,被认为是理想的荧光基质材料,可以应用在显示,照明,光纤激光器和光纤通信等领域。本论文主要对氟锆酸盐白光玻璃ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF (ZBLAN)进行研究,将Tm3+-Tb3+-Eu3+共掺杂ZBLAN玻璃的白光发光机制、Tb3+和Eu3+之间发生的能量传递过程、各发光中心在基质中的热稳定性以及玻璃微晶化条件的探索作为研究重点。主要工作内容如下:(1)采用熔融淬火法制备了Tm3+-Tb3+-Eu3+共掺杂ZBLAN发光玻璃材料。在365nm的紫外光激发下,同时观测到蓝、绿和红色区域的发射,混合实现了白光。随着Eu2O3掺杂量从0.5mol%调整到1.2mol%,混合白光的色坐标从(x=0.276,y=0.29)到(x=0.337,y=0.337),当掺杂浓度达到1.1mol%时,样品色坐标达到标准白光的(x=0.332,y=0.330)。借助PLE和荧光寿命讨论了在365nm紫外光激发下稀土Tb3+和Eu3+之间发生的能量传递过程。(2)讨论了环境温度对Tm3+/Tb3+/Eu3+单掺杂以及共掺杂ZBLAN玻璃的影响,分析认为各离子对应能级激活能的差异导致了蓝光(450nm)、绿光(541nm)和红光(611nm)的热淬灭速率不同,使得共掺杂ZBLAN玻璃在温度升高的情况下发光颜色存在从白光向蓝光移动的现象。(3)通过BaCl2替换BaF2制备出含有BaCl2微晶的ZBLAN微晶玻璃样品。通过差热分析法(DTA)对微晶的成核温度和晶化温度等实验条件进行了探索,推断ZBLAN微晶玻璃的最佳成核温度为294℃,424℃左右则是BaCl2微晶的最佳的晶化温度。热处理后Eu3+掺杂样品的可见光区域红光发射明显增强,分析了Eu3+掺杂浓度增大造成的微晶玻璃的浓度淬灭现象。
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