【摘 要】
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随着科学技术的发展,发光材料由于在国防军事应用、白光LED、光存储以及光通信等方面存在着广泛的应用,寻找高效而且性能稳定的发光材料已成为研究的热点。发光材料的发光激活中心主要为稀土离子和过渡金属离子。稀土离子因其独特的电子层结构和众多的能级数,因而成为理想的发光材料成分之一。这类发光材料的光学性能优异,有着极佳的实际应用的潜力。与稀土离子不同,过渡金属离子的d层电子暴露在外,不像稀土离子4f层电子
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随着科学技术的发展,发光材料由于在国防军事应用、白光LED、光存储以及光通信等方面存在着广泛的应用,寻找高效而且性能稳定的发光材料已成为研究的热点。发光材料的发光激活中心主要为稀土离子和过渡金属离子。稀土离子因其独特的电子层结构和众多的能级数,因而成为理想的发光材料成分之一。这类发光材料的光学性能优异,有着极佳的实际应用的潜力。与稀土离子不同,过渡金属离子的d层电子暴露在外,不像稀土离子4f层电子那样受到外层电子的屏蔽,产生的声子电子耦合系数大,因而对基质材料的化学环境的变化更加敏感,所以只要通过调节基质材料的化学环境,就可以有效地调整过渡金属材料的发光性能。本文通过改进的坩埚下降法生长了Cr3+、Pr3+、Tm3+/Tb3+/Yb3+和Tm3+/Er3+/Yb3+等离子掺杂的Na5Lu9F32单晶体。通过测试和分析XRD衍射图谱确定其晶体结构,从吸收光谱、激发光谱、发射光谱、荧光衰减寿命、外量子效率、泵浦功率密度和能级图等方面表征其发光性能和机理。本文绪论主要介绍了课题背景,稀土/过渡发光材料,激光晶体和白光LED发展现状。并详细地介绍了Na5Lu9F32单晶体的晶体结构,优异的光学性能以及其生长方法。第二章研究通过改进的Bridgman方法生长了Cr3+单掺Na5Lu9F32单晶。通过检测XRD衍射图谱、吸收光谱、激发光谱和发射光谱分析了Cr3+单掺的Na5Lu9F32单晶的晶体结构以及发光机理。结果表明该晶体在259 nm紫外光照射下发射出670 nm红光,550～670 nm波长的红光有促进皮肤屏障修复的作用。红光纯度高、光源强、能量密度均匀,在皮肤护理方面效果比较显著,被称为生物活性光。对皮肤安全无害,在美容激光方面存在潜在的应用。第三章研究应用坩埚下降法生长了Pr3+掺杂的Na5Lu9F32单晶体,系统地研究了其吸收光谱,荧光光谱和荧光衰减曲线,应用Judd-Ofelt理论分析计算了其光学强度等参数,结果表明Pr3+离子处于Pr-F强共价键的高对称环境中,在440 nm光的激发下观察到以482、523和605 nm为中心的尖锐的强荧光发射带。最后,详细地研究了温度对Pr3+掺杂的Na5Lu9F32单晶体荧光光谱的影响。第四章研究通过改进的坩埚下降法生长了各种浓度Tm3+/Tb3+/Yb3+分别掺杂的立方晶系Na5Lu9F32氟化物单晶。系统研究了Tm3+/Tb3+/Yb3+三掺杂Na5Lu9F32单晶的吸收光谱和荧光光谱。上转换（UC）发光的颜色可以通过调整掺杂的稀土离子浓度和激发光激光功率来有效地进行调节。第五章研究采用坩埚下降法制备了Yb3+、Er3+和Tm3+三掺杂Na5Lu9F32单晶。在980nm激光激发下,Tm3+/Er3+/Yb3+三掺杂Na5Lu9F32单晶发射出强红色,绿色发射和相对弱的蓝光,这归因于Tm3+对Er3+的敏化作用,而Er3+充当了Tm3+离子蓝色上转换发光的猝灭中心。红色和绿色上转换分别与Er3+的4F9/2→4I15/2和2H11/2,4S3/2→4I15/2转换一致,而蓝色上转换源于Tm3+的1G4→3H6转换。研究了上转换的蓝色、绿色和红色发射与激发功率的关系,以确定从Yb3+到Er3+和Tm3+离子的能量转移过程所需的光子数。第六章为总结,并对后续工作进行进一步展望和期待。
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