Tm3+/Yb3+共掺氟氧硅铝酸盐玻璃陶瓷蓝色上转换发光研究

甘棕松; 余  华; 李妍明; 王亚楠; 陈  晖; 赵丽娟

doi:10.7498/aps.57.5699

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摘要
按摩尔百分比制备了组分为30SiO2-(20-x-y)Al2O3-40PbF2-10CdF2-xTm2O3-yYb2O3的两组Tm3+/Yb3+共掺杂氟氧硅铝酸盐上转换蓝色发光玻璃陶瓷材料，测量了其在980nm激

关键词:
玻璃陶瓷 /

上转换发光 /

Tm3+/Yb3+掺杂 /

掺杂浓度
Abstract
Two series of Tm3+ and Yb3+codoped oxy-fluorosilicate glass ceramics with the composition of 30SiO2-(20-x-y)Al2O3-40PbF2-10CdF2-xTm2O3-yYb2O3 were prepared and characterized. The up-conversion spectra of the samples were investigated and the up-conversion luminescence mechanisms of Tm3+/Yb3+ system were analyzed. The effects of Tm3+ and Yb3+ concentration on up-conversion luminescence spectra weresystematically studied. The results suggest that blue up-conversion emission intensity decreases when Tm3+ concentration increases due to the cross relaxation interaction between Tm3+ ions. The optimum Tm3+ concentration is 0.025mol%. Three-photon process and Yb3+ ion cooperative up-conversion energy transfer process co-exist in the Tm3+/Yb3+ up-conversion luminescence system. When Yb3+ concentration increases, due to the energy back-transfer process of 3H4(Tm3+)→2F5/2(Yb3+), the blue up-conversion emission intensity would decrease. With the help of Yb3+ ion cooperative up-conversion energy transfer, the blue up-conversion emission intensity actually increases, which is in accordance with the experimental results.

Keywords:
oxy-fluorosilicate glass ceramics /

up-conversion luminescence /

Tm3+ and Yb3+ codoped /

doping concentration
作者及机构信息
甘棕松,

余华,

李妍明,

王亚楠,

陈晖,

赵丽娟

1.
南开大学物理科学学院光子学中心，天津 300071，弱光非线性光子学教育部重点实验室(南开大学)，天津市信息光子材料与技术重点实验室，天津 300457

基金项目: 南开大学本科生科研创新百项工程，国家大学生创新性实验计划(批准号：NK0713),科技部重大科学研究计划(批准号：2006CB921703，2007CB307002)，国家自然科学基金(批准号：10574074)，长江学者和创新团队发展计划(批准号：IRT0149)，高等学校学科创新引智计划(批准号：B07013)资助的课题.
Authors and contacts
Gan Zong-Song,

Yu Hua,

Li Yan-Ming,

Wang Ya-Nan,

Chen Hui,

Zhao Li-Juan

1.
南开大学物理科学学院光子学中心，天津 300071，弱光非线性光子学教育部重点实验室(南开大学)，天津市信息光子材料与技术重点实验室，天津 300457
参考文献

施引文献

[1]	阿热帕提·夏克尔, 王林香, 李晴, 柏云凤, 穆妮热·买买提. Tm³⁺, Yb³⁺共掺Bi₂WO₆上转换发光材料的制备及其温度传感性质. 物理学报, 2023, 72(6): 060701. doi: 10.7498/aps.72.20222143
[2]	高伟, 孙泽煜, 郭立淳, 韩珊珊, 陈斌辉, 韩庆艳, 严学文, 王勇凯, 刘继红, 董军. Ho³⁺离子掺杂单颗粒氟化物微米核壳结构的上转换发光特性. 物理学报, 2022, 71(3): 034207. doi: 10.7498/aps.71.20211719
[3]	高伟, 孙泽煜, 郭立淳, 韩珊珊, 陈斌辉, 韩庆艳, 严学文, 王勇凯, 刘继红, 董军. Ho3+离子掺杂单颗粒氟化物微米核壳结构的上转换发光特性研究. 物理学报, 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20211719
[4]	高伟, 王博扬, 韩庆艳, 韩珊珊, 程小同, 张晨雪, 孙泽煜, 刘琳, 严学文, 王勇凯, 董军. 构建垂直金纳米棒阵列增强NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺纳米晶体的上转换发光. 物理学报, 2020, 69(18): 184213. doi: 10.7498/aps.69.20200575
[5]	高伟, 王博扬, 孙泽煜, 高露, 张晨雪, 韩庆艳, 董军. 改变激发环境调控Ho³⁺离子的上转换发光特性. 物理学报, 2020, 69(3): 034207. doi: 10.7498/aps.69.20191333
[6]	高伟, 董军. 共掺杂Ce3+调控-NaLuF4:Yb3+/Ho3+纳米晶体的上转换荧光发射. 物理学报, 2017, 66(20): 204206. doi: 10.7498/aps.66.204206
[7]	杨健芝, 邱建备, 杨正文, 宋志国, 杨勇, 周大成. Ba5SiO4Cl6: Yb3+, Er3+, Li+荧光粉的制备及上转换发光性质研究. 物理学报, 2015, 64(13): 138101. doi: 10.7498/aps.64.138101
[8]	毛鑫光, 王俊, 沈杰. 磁控溅射制备Er3+/Yb3+共掺杂TiO2薄膜的上转换发光特性. 物理学报, 2014, 63(8): 087803. doi: 10.7498/aps.63.087803
[9]	郑龙江, 李雅新, 刘海龙, 徐伟, 张治国. Tm3+,Yb3+共掺钨酸钙多晶材料的上转换发光及荧光温度特性. 物理学报, 2013, 62(24): 240701. doi: 10.7498/aps.62.240701
[10]	高杨, 吕强, 汪洋, 刘占波. 掺杂浓度和烧结温度对CaWO4:Eu3+发光性能的影响. 物理学报, 2012, 61(7): 077802. doi: 10.7498/aps.61.077802
[11]	刘名扬, 孙维瑾. (Pr3+ ,Yb3+ )共掺氟化物玻璃上转换敏化发光. 物理学报, 2011, 60(7): 077804. doi: 10.7498/aps.60.077804
[12]	王大刚, 周亚训, 王训四, 戴世勋, 沈祥, 陈飞飞, 王森. 应用于白光显示的Tm3+/Ho3+/Yb3+共掺碲酸盐玻璃上转换发光特性研究. 物理学报, 2010, 59(9): 6256-6260. doi: 10.7498/aps.59.6256
[13]	厉旭杰, 聂秋华, 戴世勋, 徐铁峰, 沈祥, 章向华. 低温下Er3+/Yb3+共掺碲酸盐玻璃的发光特性研究. 物理学报, 2008, 57(5): 3001-3005. doi: 10.7498/aps.57.3001
[14]	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
[15]	温磊, 张丽艳, 杨建虎, 汪国年, 陈伟, 胡丽丽. 掺铒氟(卤)磷碲酸盐玻璃的上转换发光性能研究. 物理学报, 2006, 55(3): 1486-1490. doi: 10.7498/aps.55.1486
[16]	孟　婕, 赵丽娟, 余　华, 唐莉勤, 梁　沁, 禹宣伊, 唐柏权, 苏　静, 许京军. 微晶结构对氟氧化物玻璃陶瓷发光特性的影响. 物理学报, 2005, 54(3): 1442-1446. doi: 10.7498/aps.54.1442
[17]	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
[18]	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
[19]	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
[20]	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

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Tm3+/Yb3+共掺氟氧硅铝酸盐玻璃陶瓷蓝色上转换发光研究

1. 南开大学物理科学学院光子学中心，天津 300071，弱光非线性光子学教育部重点实验室(南开大学)，天津市信息光子材料与技术重点实验室，天津 300457

基金项目: 南开大学本科生科研创新百项工程，国家大学生创新性实验计划(批准号：NK0713),科技部重大科学研究计划(批准号：2006CB921703，2007CB307002)，国家自然科学基金(批准号：10574074)，长江学者和创新团队发展计划(批准号：IRT0149)，高等学校学科创新引智计划(批准号：B07013)资助的课题.

收稿日期: 2007-10-28

修回日期: 2008-01-28

刊出日期: 2008-09-20

摘要: 按摩尔百分比制备了组分为30SiO2-(20-x-y)Al2O3-40PbF2-10CdF2-xTm2O3-yYb2O3的两组Tm3+/Yb3+共掺杂氟氧硅铝酸盐上转换蓝色发光玻璃陶瓷材料，测量了其在980nm激

关键词:

Investigation on up-conversion luminescence of Tm3+ and Yb3+ codoped oxy-fluorosilicate glass ceramics

1.
南开大学物理科学学院光子学中心，天津 300071，弱光非线性光子学教育部重点实验室(南开大学)，天津市信息光子材料与技术重点实验室，天津 300457

Received Date: 28 October 2007

Accepted Date: 28 January 2008

Published Online: 20 September 2008

Abstract: Two series of Tm3+ and Yb3+codoped oxy-fluorosilicate glass ceramics with the composition of 30SiO2-(20-x-y)Al2O3-40PbF2-10CdF2-xTm2O3-yYb2O3 were prepared and characterized. The up-conversion spectra of the samples were investigated and the up-conversion luminescence mechanisms of Tm3+/Yb3+ system were analyzed. The effects of Tm3+ and Yb3+ concentration on up-conversion luminescence spectra weresystematically studied. The results suggest that blue up-conversion emission intensity decreases when Tm3+ concentration increases due to the cross relaxation interaction between Tm3+ ions. The optimum Tm3+ concentration is 0.025mol%. Three-photon process and Yb3+ ion cooperative up-conversion energy transfer process co-exist in the Tm3+/Yb3+ up-conversion luminescence system. When Yb3+ concentration increases, due to the energy back-transfer process of 3H4(Tm3+)→2F5/2(Yb3+), the blue up-conversion emission intensity would decrease. With the help of Yb3+ ion cooperative up-conversion energy transfer, the blue up-conversion emission intensity actually increases, which is in accordance with the experimental results.

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