Er3+离子掺杂钡镓锗玻璃上转换发光机理研究

肖 凯; 杨中民; 冯洲明

doi:10.7498/aps.56.3178

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摘要
研究了Er3+离子掺杂钡镓锗玻璃的吸收光谱、拉曼光谱和上转换光谱.分析了Er3+离子在钡镓锗玻璃中的上转换发光机理.结果表明：玻璃的最大声子能量为828cm-1，紫外截止波长为275nm.采用800nm和980nmLD激发玻璃样品，在室温下观察到强烈的上转换绿光和红光发射.随着Er3+离子浓度的增加，绿光发光强度先增加后减小，而红光发光强度呈单调递增趋势.能量分析表明：800nmLD激发产生的绿光主要源于Er3+离子4I13/2能级的激发态吸收过程；红光发射主要源于Er3+离子4I13/2能级与4I11/2能级之间的能量转移过程.980nmLD激发产生的绿光主要源于Er3+离子4I11/2能级之间的能量转移过程；而红光发射主要源于Er3+离子4I13/2能级与4I11/2能级之间的能量转移过程和4I13/2能级的激发态吸收过程.通过量子效率分析，发现采用800nmLD激发Er3+离子掺杂浓度为1mol% 的样品时，上转换绿光发光效率最高.

关键词:
上转换发光机理 /

Er3+离子掺杂 /

钡镓锗玻璃
Abstract
The absorption, Raman and upconversion luminescence spectra of Er3+-doped barium gallogermanate glasses have been measured and the upconversion mechanisms of Er3+-doped barium gallogermanate glasses have been analyzed. The absorption and Raman spectra show that barium gallogermanate glasses have the ultraviolet absorption edge of 275nm and the maximum vibrational energy of 828cm-1, respectively. Intense green and red emissions, excited by 800nm and 980nm laser diode, were observed at room temperature. With increasing Er3+ ion concentration, the green emission increases initially and then decreases, while the red emissions increases monotonicly. Under the excitation of 800nm laser diode, the green emission is mainly attributed to the excited state absorption from the 4I13/2 level and the red emission to the energy transfer between the 4I13/2 level and the 4I11/2 level. Under the 980nm laser diode excitation, the green emission mainly originates from the energy transfer between the 4I11/2 levels and the red emission from the energy transfer between the 4I13/2 and 4I11/2 levels as well as the excited state absorption of the 4I13/2 level. The calculation results of quantum efficiency for different pumping wavelengths show that the upconversion efficiency of the green emission in barium gallogermanate glass with 1mol% Er3+ ions reaches a maximum value under the excitation of 800nm laser diode.

Keywords:
upconversion mechanisms /

Er3+-doped /

barium gallogermanate glasses
作者及机构信息
肖凯,

杨中民,

冯洲明

1.
特种功能材料及其制备新技术教育部重点实验室,广州 510641; 华南理工大学光通信材料研究所,广州 510641

基金项目: 国家自然科学基金(批准号：60307004，50402007)，广东省科技攻关项目(批准号：2005A10602001，2004A10602002)，广州市科技计划项目(批准号：2006Z2-D0131)和教育部新世纪人才项目(批准号：NCET-04-0821)资助的课题.
Authors and contacts
Xiao Kai,

Yang Zhong-Min,

Feng Zhou-Ming

1.
特种功能材料及其制备新技术教育部重点实验室,广州 510641; 华南理工大学光通信材料研究所,广州 510641
参考文献

施引文献

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[2]	郭琳娜, 王育华. 共沉淀法制备Y2SiO5∶Er3+ ,Yb3+ ,Tm3+及其上转换发光性能研究. 物理学报, 2011, 60(2): 027803. doi: 10.7498/aps.60.027803
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[10]	金哲, 聂秋华, 徐铁峰, 戴世勋, 沈祥, 章向华. Tm3+/Yb3+共掺碲铅锌镧玻璃的能量传递和上转换发光. 物理学报, 2007, 56(4): 2261-2267. doi: 10.7498/aps.56.2261
[11]	戴世勋, 厉旭杰, 聂秋华, 徐铁峰, 沈祥, 王训四. Yb3+敏化的Er3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃的上转换发光研究. 物理学报, 2007, 56(9): 5518-5525. doi: 10.7498/aps.56.5518
[12]	丁庆磊, 肖思国, 张向华, 夏艳琴, 刘政威. 980 nm激发下Er3+/Yb3+共掺杂ZrO2-Al2O3粉末的上转换发光特性. 物理学报, 2006, 55(10): 5140-5144. doi: 10.7498/aps.55.5140
[13]	徐时清, 张在宣, 方达伟, 董前民, 姜中宏. 卤化铅调整Tm3+/Yb3+共掺碲酸盐玻璃上转换发光研究. 物理学报, 2005, 54(8): 3694-3697. doi: 10.7498/aps.54.3694
[14]	陈炳炎, 刘粤惠, 陈东丹, 姜中宏. TeO2-ZnO-Na2O-K2O玻璃中Er3+离子掺杂浓度对其发光及荧光寿命的影响. 物理学报, 2005, 54(7): 3418-3423. doi: 10.7498/aps.54.3418
[15]	杨中民, 张勤远, 刘粤惠, 姜中宏. Yb3+/Er3+共掺锗碲酸盐玻璃上转换发光增强机理的研究. 物理学报, 2005, 54(5): 2013-2018. doi: 10.7498/aps.54.2013
[16]	温　磊, 杨建虎, 胡丽丽. 掺Er3+卤碲酸盐玻璃上转换能级寿命和发光性能研究. 物理学报, 2004, 53(12): 4378-4381. doi: 10.7498/aps.53.4378
[17]	徐时清, 汪国年, 张军杰, 戴世勋, 胡丽丽, 姜中宏. Er3+掺杂重金属氧氟硅酸盐玻璃的上转换发光研究. 物理学报, 2004, 53(6): 1840-1844. doi: 10.7498/aps.53.1840
[18]	王吉有, 国伟林, 林志明, 宋广智, 赵丽娟, 张存洲, 张光寅. 高光强激发下Er3+/Yb3+共掺TiBa玻璃的绿光上转换发光. 物理学报, 2002, 51(8): 1861-1864. doi: 10.7498/aps.51.1861
[19]	陈晓波, 李美仙, N.Sawanobori, 曾哲, 聂玉昕. 掺Er3+氟氧化物玻璃陶瓷的直接上转换敏化发光. 物理学报, 2000, 49(12): 2482-2487. doi: 10.7498/aps.49.2482
[20]	郑海兴, 吴光照, 干福熹. 氟化物、氟磷酸盐和磷酸盐玻璃中Er3+离子的发光研究. 物理学报, 1985, 34(12): 1582-1594. doi: 10.7498/aps.34.1582

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Er3+离子掺杂钡镓锗玻璃上转换发光机理研究

1. 特种功能材料及其制备新技术教育部重点实验室,广州 510641; 华南理工大学光通信材料研究所,广州 510641

基金项目: 国家自然科学基金(批准号：60307004，50402007)，广东省科技攻关项目(批准号：2005A10602001，2004A10602002)，广州市科技计划项目(批准号：2006Z2-D0131)和教育部新世纪人才项目(批准号：NCET-04-0821)资助的课题.

收稿日期: 2006-01-13

修回日期: 2006-09-13

刊出日期: 2007-03-05

摘要: 研究了Er3+离子掺杂钡镓锗玻璃的吸收光谱、拉曼光谱和上转换光谱.分析了Er3+离子在钡镓锗玻璃中的上转换发光机理.结果表明：玻璃的最大声子能量为828cm-1，紫外截止波长为275nm.采用800nm和980nmLD激发玻璃样品，在室温下观察到强烈的上转换绿光和红光发射.随着Er3+离子浓度的增加，绿光发光强度先增加后减小，而红光发光强度呈单调递增趋势.能量分析表明：800nmLD激发产生的绿光主要源于Er3+离子4I13/2能级的激发态吸收过程；红光发射主要源于Er3+离子4I13/2能级与4I11/2能级之间的能量转移过程.980nmLD激发产生的绿光主要源于Er3+离子4I11/2能级之间的能量转移过程；而红光发射主要源于Er3+离子4I13/2能级与4I11/2能级之间的能量转移过程和4I13/2能级的激发态吸收过程.通过量子效率分析，发现采用800nmLD激发Er3+离子掺杂浓度为1mol% 的样品时，上转换绿光发光效率最高.

关键词:

Upconversion luminescence mechanisms of Er3+-doped barium gallogermanate glasses

1.
特种功能材料及其制备新技术教育部重点实验室,广州 510641; 华南理工大学光通信材料研究所,广州 510641

Received Date: 13 January 2006

Accepted Date: 13 September 2006

Published Online: 05 March 2007

Abstract: The absorption, Raman and upconversion luminescence spectra of Er3+-doped barium gallogermanate glasses have been measured and the upconversion mechanisms of Er3+-doped barium gallogermanate glasses have been analyzed. The absorption and Raman spectra show that barium gallogermanate glasses have the ultraviolet absorption edge of 275nm and the maximum vibrational energy of 828cm-1, respectively. Intense green and red emissions, excited by 800nm and 980nm laser diode, were observed at room temperature. With increasing Er3+ ion concentration, the green emission increases initially and then decreases, while the red emissions increases monotonicly. Under the excitation of 800nm laser diode, the green emission is mainly attributed to the excited state absorption from the 4I13/2 level and the red emission to the energy transfer between the 4I13/2 level and the 4I11/2 level. Under the 980nm laser diode excitation, the green emission mainly originates from the energy transfer between the 4I11/2 levels and the red emission from the energy transfer between the 4I13/2 and 4I11/2 levels as well as the excited state absorption of the 4I13/2 level. The calculation results of quantum efficiency for different pumping wavelengths show that the upconversion efficiency of the green emission in barium gallogermanate glass with 1mol% Er3+ ions reaches a maximum value under the excitation of 800nm laser diode.

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