稀土离子掺杂光学玻璃和玻璃陶瓷中产生的上转换荧光在激光、通讯、照明和生命科学等领域具有广阔的应用前景,被科研工作者广泛的研究。其中,Tm3+由于其拥有丰富的能级结构能获得从紫外到近红外的上转换荧光而成为研究者的宠儿。Yb3+因其特殊的能级结构恰好与980nmLD激光器相匹配,是一种应用广泛的敏化剂,在Tm3+/Yb3+共掺体系中,能显著增强Tm3+在基质中的上转换荧光强度,有助于获得高效的发射。但是目前人们对于基质材料的研究主要集中在低声子能量的氟化物玻璃和透明的氟化物玻璃陶瓷中,而对于硅酸盐玻璃及其衍生的非透明玻璃陶瓷材料重视不足。与氟化物玻璃相比,硅酸盐玻璃具有更优良的机械性能、化学稳定性和抗腐蚀性能,而由硅酸盐玻璃衍生的钇铝石榴石玻璃陶瓷具有更小的热膨胀系数、更加突出的化学稳定性和更低的无辐射弛豫损耗,是光学和发光应用领域优良的候选基质材料,因而对该材料中稀土离子上转换发光行为的研究不容忽视。基于以上考虑,我们设计合成了 Tm3+/Yb3+掺杂的钇铝硅酸盐玻璃及其衍生的钇铝石榴石玻璃陶瓷,研究了974nm激光激发下稀土离子在上述玻璃和玻璃陶瓷中上转换荧光特异性,讨论了上转换荧光强度和激发功率之间的关系,分析了钇铝石榴石玻璃陶瓷的结构特性和Tm3+离子的上转换发光机理。该研究为稀土掺杂材料用于光学和照明器件的开发奠定了基础。本工作取得了以下成果:1.合成了 Tm3+/Yb3+共掺杂钇铝硅酸盐玻璃。对合成的玻璃进行了结构表征,并观察到Tm3+离子罕见的紫外上转换荧光、较强的蓝色和近红外上转换荧光、较弱的红色上转换荧光,根据Judd-Ofelt理论对吸收光谱进行拟合,求得Tm3+强度参数Ωt(t=2,4,6)分别为5.14×10-20,1.36×10-20和1.11×10-20cm2,对Tm3+离子各能级跃迁的振子强度、自发辐射跃迁概率、辐射寿命和荧光分支比等光谱参数也进行了进一步的计算。Yb3+吸收与发射截面在974nm处分别为1.960×10-20和1.870×10-20cm2。根据上转换荧光强度与激发功率的关系得出,紫外上转换荧光发射属于四光子过程,红色荧光和蓝色荧光发射属于三光子过程,近红外为双光子过程。2.利用控制前驱体玻璃结晶的方法制备了Tm3+/Yb3+共掺钇铝石榴石玻璃陶瓷。对该玻璃陶瓷进行了结构表征,通过谢乐公式计算得到钇铝石榴石玻璃陶瓷的一次粒径为46nm,通过扫描电镜图片和YAG玻璃陶瓷体材料的XRD图谱可以看出晶粒按照晶面指数(444)定向生长,二次粒径大约为8μm。观察到Tm3+离子罕见的紫外上转换荧光、较强的蓝色和近红外上转换荧光、较弱的红色上转换荧光。Tm3+在钇铝石榴石玻璃陶瓷中的荧光光谱与其在钇铝硅酸盐玻璃中的荧光光谱相比,玻璃陶瓷光谱中的峰更尖锐,最强峰为近红外峰,并且在蓝光区和近红外区出现明显的劈裂峰,这表明在结晶化过程中部分Tm3+离子已进入到YAG晶格中Y3+所处的十二面体格位。