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      Yb3+/Tm3+共摻Y(jié)2(MoO4)3的上轉(zhuǎn)換發(fā)光

      2016-06-13 17:53:09韓知燕丁丁沈吳建楊方勇方則棟
      科技視界 2016年13期
      關(guān)鍵詞:水熱法紅光藍(lán)光

      韓知燕+丁丁+沈吳建+楊方勇+方則棟

      【摘 要】采用水熱法制備了Yb3+/Tm3+共摻Y(jié)2(MoO4)3系列上轉(zhuǎn)換發(fā)光粉。由于Tm3+在980nm附近沒有吸收,單摻Tm3+的樣品觀測不到任何發(fā)射。引入Yb3+后,借助Yb3+對980nm紅外光的吸收和Yb3+到Tm3+的能量傳遞,在可將光區(qū)觀察到源自Tm3+的藍(lán)光和紅光。這兩個波段的發(fā)射隨著Yb3+和Tm3+的濃度增加均呈現(xiàn)先增強(qiáng)后減弱的變化規(guī)律,8%和0.5%對應(yīng)Yb3+和Tm3+的最佳摻雜濃度。上轉(zhuǎn)換發(fā)射的功率關(guān)系研究表明,藍(lán)、紅光均為三光子過程,因此二者的產(chǎn)生過程為連續(xù)三步Y(jié)b3+到Tm3+的能量傳遞。

      【關(guān)鍵詞】上轉(zhuǎn)換;Y2(MoO4)3;Yb3+/Tm3+共摻;藍(lán)光

      0 引言

      最近,由于Tm3+的480 nm藍(lán)光發(fā)射在光存儲和短波長激光器領(lǐng)域具有巨大應(yīng)用潛力越來越多的關(guān)注開始聚焦Tm3+摻雜的上轉(zhuǎn)換發(fā)光[1-3]。為了獲得高效的上轉(zhuǎn)換藍(lán)光發(fā)射,基質(zhì)晶格的選取以及摻雜劑濃度的優(yōu)化至關(guān)重要[4-6]。Y2(MoO4)3的聲子能大小適中,理論上非常適合Yb3+/Tm3+共摻這一類非共振能量傳遞系統(tǒng)的摻雜[7]。

      本論文采用簡單的水熱法制備了Yb3+/Tm3+共摻Y(jié)2(MoO4)3上轉(zhuǎn)換發(fā)光粉,詳細(xì)研究了Yb3+和Tm3+濃度變化對上轉(zhuǎn)換發(fā)光的影響,并上轉(zhuǎn)換發(fā)射的功率關(guān)系討論了可能的上轉(zhuǎn)換發(fā)光原理。

      1 實驗

      1.1 Tm3+/ Yb3+共摻雜 Y2(MoO4)3的制備

      簡單的共沉淀法用于制備 Tm3+/ Yb3+共摻雜 Y2(MoO4)3系列熒光粉。典型的工藝如下:按化學(xué)計量比稱取一定量的Y(NO3)3·6H2O、Yb(NO3)3·6H2O和Tm(NO3)3·6H2O,并溶解與15ml的去離子水中,配成溶液A。另稱取一定量的Na2(MoO4)3·2H2O制成40ml的水溶液,記為溶液B。溶液B在磁力攪拌情況下,迅速加入溶液A,待反應(yīng)30min后,離心收集并60°C干燥過夜。隨后于900℃焙燒1小時得到Tm3+/ Yb3+共摻雜 Y2(MoO4)3系列熒光粉。

      1.2 發(fā)射光譜的檢測

      F-4600分光光度計用于測量所有樣品的上轉(zhuǎn)換光譜,所用激發(fā)源為2W的光纖激光器,測試條件為室溫。

      2 結(jié)果與討論

      眾所周知,敏化劑Yb3+的濃度對Tm3+的上轉(zhuǎn)換發(fā)光有重要的影響,為了優(yōu)化材料化學(xué)組成,獲得Y2(MoO4)3晶格中的最佳Yb3+摻雜濃度,我們測試了Y2(MoO4)3: 0.5%Tm3+/ x%Yb3+(x=0%,2%,5%,8%,12%)的上轉(zhuǎn)換發(fā)光。結(jié)果如圖1所示,當(dāng)Yb3+濃度為0%時Tm3+并不發(fā)光,這主要因為Tm3+在980nm附近沒有吸收。當(dāng)引入Yb3+離子后,我們觀察到Tm3+的特征發(fā)射,即源自1G4到3H6的藍(lán)光和1G4到3H4的紅光。而且,隨著Yb3+濃度的增加Tm3+的特征發(fā)射呈現(xiàn)先增強(qiáng)后減弱的變化規(guī)律。其中8%Yb3+為本實驗的最佳摻雜濃度,在相同的測量條件下其它樣品的發(fā)射強(qiáng)度不足6000,而該樣品的發(fā)射強(qiáng)度已經(jīng)超出光譜儀的最大量程。另外,圖中在516~572nm波段觀察到微弱的綠光發(fā)射,通過與Y2(MoO4)3: Er3+/ Yb3+的特征發(fā)射進(jìn)行比對,這一波段的發(fā)射并不屬于Tm3+的特征發(fā)射,而源自原料中的微量雜質(zhì)Er3+的發(fā)光。

      激活劑Tm3+濃度對自身的發(fā)光強(qiáng)度也有一定的影響,因此通過固定Yb3+濃度為8%,我們又測量了Y2(MoO4)3: y%Tm3+/ 8%Yb3+(y= 0.25%,0.5%,1%,1.5%,2%)在980nm輻射下的上轉(zhuǎn)換發(fā)光(圖1插圖)。很明顯,當(dāng)Tm3+濃度由0.25%增加到2%,Tm3+的特征發(fā)射先增強(qiáng)后減弱,最佳的摻雜濃度為0.5%。

      為了理解Y2(MoO4)3: Tm3+/Yb3+的上轉(zhuǎn)換發(fā)光,我們結(jié)合不同泵浦功率下的上轉(zhuǎn)換光譜計算了Y2(MoO4)3:5%Tm3+/ 8%Yb3+的功率關(guān)系,結(jié)果顯示對應(yīng)1G4→3H6和1G4→3H4躍遷的藍(lán)、紅光的功率關(guān)系均為3。這意味著實現(xiàn)一個藍(lán)光或紅光光子的發(fā)射,需要吸收三個紅外光子。結(jié)合能量匹配原理,Yb3+到Tm3+的連續(xù)三步能量傳遞負(fù)責(zé)藍(lán)光和紅光的發(fā)射[7]。

      圖1 Y2(MoO4)3: 0.5%Tm3+/ x%Yb3+(實線)和Y2(MoO4)3: Er3+/ Yb3+(虛線)的上轉(zhuǎn)換發(fā)光,x=0%,2%,5%,8%,12%, 圖中插圖:Y2(MoO4)3: y%Tm3+/ 8%Yb3+ (y=0.25%,0.5%,1%,1.5%,2%)的上轉(zhuǎn)換發(fā)光

      3 結(jié)論

      (1)單摻Tm3+的樣品在980 nm輻射下不產(chǎn)生任何Tm3+的特征發(fā)射。

      (2)引入Yb3+后,可以觀察到源自Tm3+的藍(lán)光和紅光。并且隨著Yb3+的增加,藍(lán)光和紅光呈現(xiàn)先增強(qiáng)后減弱的變化,8%Yb3+為最佳摻雜濃度。

      (3)當(dāng)Tm3+濃度由0.25%增加到2%時,Tm3+的特征發(fā)射也呈現(xiàn)先增強(qiáng)后減弱的變化,最佳摻雜濃度為0.5%。

      (4)Yb3+到Tm3+的連續(xù)三步能量傳遞負(fù)責(zé)Tm3+的藍(lán)、紅光發(fā)射。

      致謝

      感謝湖州師范學(xué)院理學(xué)院龐濤老師的指導(dǎo)。

      【參考文獻(xiàn)】

      [1]Xiao S G, Yang X L, Ding J W, et al. J. Phys. Chem. C, 2007, 111: 8161-8165[Z].

      [2]李瑞琴,邱建備,楊正文,等.光譜學(xué)與光譜分析,2014, 3: 630-633[Z].

      [3]徐時清,黃俊,張麗艷,等.發(fā)光學(xué)報,2006,26:225-229[Z].

      [4]龐濤,曹望和.科學(xué)通報,2007,52:2226-2229[Z].

      [5]Pang T, Cao W H, Fu Y, et al. Mater. Lett., 2008, 62: 2500-2502[Z].

      [6]Pang T, Cao W H, Xing M M, et al. Physica B, 2010, 405: 2213-2219[Z].

      [7]Pang T, Cao W H, Xing M M, et al, Opt. Mater., 2011, 33: 485-489[Z].

      [責(zé)任編輯:楊玉潔]

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