一種猝滅上轉(zhuǎn)換發(fā)光的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于發(fā)光技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種猝滅上轉(zhuǎn)換發(fā)光的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]合作發(fā)光是一種較為有效的上轉(zhuǎn)換發(fā)光。它是由兩個(gè)或兩個(gè)以上的同種鑭系離子合作躍迀產(chǎn)生的發(fā)光。合作發(fā)光通常是由相鄰很近的同種鑭系離子組成的熒光團(tuán)簇發(fā)射出來(lái)的。另外，由同種鑭系離子(如Yb3+)組成的團(tuán)簇也可以通過(guò)合作敏化造成其它具有高能級(jí)的離子產(chǎn)生上轉(zhuǎn)換發(fā)光。例如，將Yb3+和Pb 2+共摻雜進(jìn)入CaF2*，在980nm近紅外光激發(fā)下可以發(fā)射出?382nm的寬帶紫外上轉(zhuǎn)換發(fā)光。
[0003]然而，在一些重要的應(yīng)用中合作發(fā)光有可能成為影響材料與器件性能的障礙。例如，在高功率的摻Er3+放大器中，如果材料中共摻的Yb 3+離子形成了離子對(duì)或熒光團(tuán)簇，在980nm激光的激發(fā)下，Yb3+離子對(duì)和熒光團(tuán)簇就有很高的幾率產(chǎn)生合作躍迀，并將Yb 3+離子吸收的980nm光子能量以高能光子的形式發(fā)射出去，從而降低了 Yb3+離子向Er 3+的能量傳遞，導(dǎo)致?lián)紼r3+光放大器效率下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種有效猝滅由合作效應(yīng)引起的上轉(zhuǎn)換發(fā)光的方法，具體是通過(guò)適當(dāng)?shù)年?yáng)離子摻雜來(lái)破壞熒光團(tuán)簇，造成團(tuán)簇?zé)晒獾慕Y(jié)構(gòu)破壞性猝滅。例如，在CaF2: Yb3+團(tuán)簇?zé)晒獠牧现袚诫sY 3+離子，Y 3+離子將替位Yb 3+離子，Yb 3+熒光團(tuán)簇遭到破壞，造成Yb3+團(tuán)簇?zé)晒獾慕Y(jié)構(gòu)破環(huán)性猝滅。
[0005]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，在980nm光的激發(fā)下，CaF2: Yb3+團(tuán)簇?zé)晒獠牧蠒?huì)發(fā)射出峰值位于343nm的紫外上轉(zhuǎn)換發(fā)光和520nm附近的綠色上轉(zhuǎn)換發(fā)光。當(dāng)材料中摻雜有適當(dāng)?shù)慕饘訇?yáng)離子(如Y3+、La3+、Al3+、Pb2+等)后，這兩種上轉(zhuǎn)換發(fā)光都會(huì)減弱，直至消失。這樣的熒光猝滅方法是現(xiàn)有技術(shù)中不存在的。更加確切地說(shuō)，現(xiàn)有技術(shù)中沒(méi)有通過(guò)破壞熒光團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)猝滅熒光的方法。因此，本發(fā)明提供的方法的具有獨(dú)特的功能與特色。
[0006]本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于，通過(guò)摻入適當(dāng)?shù)年?yáng)離子來(lái)破壞熒光團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)，從而猝滅與熒光團(tuán)簇相關(guān)的上轉(zhuǎn)換發(fā)光。摻入的陽(yáng)離子可以是沒(méi)有熒光特性的稀土離子或其它種類的離子，其作用就是在晶格中替代Yb3+離子，破壞Yb 3+離子熒光團(tuán)簇。該方法可以避免摻入離子參與躍迀過(guò)程，產(chǎn)生熒光猝滅的物理過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單；利用這種熒光猝滅方法，可以有效地調(diào)節(jié)合作發(fā)光的強(qiáng)度，也可以有效地調(diào)節(jié)由于合作敏化產(chǎn)生的上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度。因此，該猝滅方法具有很好的使用范圍。
[0007]本發(fā)明所提供的一種猝滅上轉(zhuǎn)換發(fā)光的方法不僅可以猝滅Yb3+離子的合作發(fā)光，而且還可以有效地猝滅由Yb3+離子團(tuán)簇敏化的上轉(zhuǎn)換發(fā)光，其特征在于:
[0008](I)在無(wú)機(jī)Yb3+離子熒光團(tuán)簇材料中摻入除Yb 3+之外的其它金屬陽(yáng)離子，破壞材料中的熒光團(tuán)簇結(jié)構(gòu)，造成團(tuán)簇?zé)晒獾慕Y(jié)構(gòu)破壞性猝滅；無(wú)機(jī)Yb3+離子熒光團(tuán)簇材料的基質(zhì)為堿土金屬氟化物(如CaF2、SrF2、BaF2、MgF2S ZnF2);以全部金屬陽(yáng)離子(Yb3+離子、其它金屬陽(yáng)離子、堿土金屬氟化物中的金屬陽(yáng)離子)的摩爾濃度和為100%計(jì)算，三價(jià)鑭系鐿離子(Yb3+)的摻雜濃度為0.05mol%?10mol%，除Yb3+離子之外的其它金屬陽(yáng)離子(不包括堿土金屬氟化物中的金屬陽(yáng)離子)的摻雜濃度為0.lmol%?14mol% ；
[0009](2)在980nm近紅外光的激發(fā)下，沒(méi)有摻雜的無(wú)機(jī)Yb3+離子熒光團(tuán)簇材料發(fā)射綠色Yb3+離子對(duì)的合作上轉(zhuǎn)換發(fā)光(?520nm，如圖1所示)和紫外合作上轉(zhuǎn)換發(fā)光(?343nm，如圖2所示)。當(dāng)其它金屬陽(yáng)離子摻入后，上述兩種合作上轉(zhuǎn)換發(fā)光會(huì)減弱并直至消失，產(chǎn)生明顯的熒光團(tuán)簇結(jié)構(gòu)破壞性猝滅；
[0010](3)用于猝滅熒光的離子可以是稀土離子RE3+(如Y' La' Lu3+等，但不包含Yb 3+和堿土金屬氟化物中的金屬陽(yáng)離子)、過(guò)渡族金屬離子(Mn' Cr，、或其它主族金屬離子(如Pb' Al3+等)。這些陽(yáng)離子的共同特征是能夠在材料中替位Yb 3+離子，破壞Yb 3+離子熒光團(tuán)簇。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1:在980nm激光激發(fā)下，CaF2:1 % Yb3+樣品中Yb 3+離子對(duì)的合作發(fā)光光譜，測(cè)試溫度為100K。
[0012]圖2:在980nm近紅外光激發(fā)下，CaF2:1% Yb3+的紫外上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜。光譜的峰值為343nm，測(cè)試溫度為13K。
[0013]圖3:摻雜不同摩爾濃度的Yb3+離子時(shí)，CaF2:Yb3+的綠色上轉(zhuǎn)換發(fā)光積分強(qiáng)度與Yb3+離子摻雜摩爾濃度的變化圖，其中，x = 0.01，0.05，0.1, 0.5，2，5，10。
[0014]圖4:摻雜不同摩爾濃度的Y3+離子時(shí)，CaF2:2% Yb3+，x% Y3+的綠色合作上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜隨Y3+離子摻雜摩爾濃度的變化圖，其中，X = 0,0.5, 1,2ο
[0015]圖5:摻雜不同摩爾濃度的Y3+離子時(shí)，CaF2:2% Yb3+，x% Y3+的紫外合作上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜隨Y3+離子摻雜摩爾濃度的變化圖，其中，X = 0,0.5, 1,2ο
[0016]圖6:摻雜不同摩爾濃度的Pb2+離子時(shí)，CaF2:1 % Yb3+，x% Pb2+的綠色合作上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜隨Pb2+離子摻雜摩爾濃度的變化圖，其中，X = 0,0.3，0.8，I, 2，4，6。
[0017]圖7:摻雜不同摩爾濃度的Pb2+離子時(shí)，CaF2:1 % Yb3+，x% Pb2+的紫外合作上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜隨Pb2+離子摻雜摩爾濃度的變化圖，其中，X = 0,0.3，0.5，I, 2，3，4。
[0018]圖8:摻雜不同摩爾濃度的Al3+離子時(shí)，CaF2:2% Yb3+，x% Al3+的綠色合作上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜隨Al3+離子摻雜摩爾濃度的變化圖，其中，X = 0,0.1, 0.5，I, 4，9，14。
[0019]圖9:摻雜不同摩爾濃度的Al3+離子時(shí)，CaF2:2% Yb3+，x% Al3+的紫外合作上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜隨Al3+離子摻雜摩爾濃度的變化圖，其中，X = 0,0.1, 0.3，0.5，I, 2，6，8。
【具體實(shí)施方式】
[0020]實(shí)施例1:
[0021]按照摩爾比分別稱取一定量的CaFjP YbF 3，充分研磨使其混合均勻后盛入鉑金或其它無(wú)腐蝕性坩禍，置于1450°C的真空環(huán)境中煅燒4小時(shí)，自然冷卻至室溫后取出，得到白色混晶材料。在980nm近紅外光的激發(fā)下，高溫條件下制備的CaF2:0.5mol% Yb3+混晶材料會(huì)發(fā)射出明亮的綠色熒光；光譜分析表明，該綠色熒光來(lái)自Yb3+離子對(duì)的合作發(fā)光。隨著測(cè)試溫度的降低，綠色合作發(fā)光越來(lái)越強(qiáng)，圖1為100K低溫下測(cè)得的發(fā)射光譜。在13K低溫下，樣品在紫外光譜區(qū)發(fā)射出紫外合作發(fā)光；光譜分析表明，該紫外熒光來(lái)自Yb3+離子三聚體的合作發(fā)光，如圖2所示。重復(fù)上述制備，獲得不同摻雜濃度的樣品，其Yb3+離子的摻雜濃度分別為:0.0lmol %、0.05mol %、0.Imol %、0.5mol %、2mol %、5mol %、1mol %。圖 3為980nm近紅外光的激發(fā)下綠色合作發(fā)光光強(qiáng)隨著Yb3+離子摻雜濃度的變化；結(jié)果表明，當(dāng)Yb3+離子摻雜濃度在0.5mol%?2mol%之間時(shí)合作發(fā)光強(qiáng)度最大。
[0022]實(shí)施例2:
[0023]用共沉淀法制備Yb3+ (2mol % )和Y3+ (O, 0.5, l,2mol%)共摻雜的CaF2粉末。實(shí)驗(yàn)所采用的原料為 Ca (NO3) 2、Yb (NO3) 3、Y (NO3) 3和 NH 4HF2。首先配制成 0.5mol/L 的 Yb (NO3)3,
0.0lmol/L的Υ(Ν03)3、0.5mol/L的Ca(NO3)2的標(biāo)準(zhǔn)水溶液。按化