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铋离子的宽带近红外发光在硅基光电集成和现代通信领域中有着广泛的应用前景,而稀土离子掺杂的上转换荧光材料更是近十年来研究的热点材料之一。本论文利用化学合成方法制备了铋掺杂的二氧化硅薄膜和稀土离子共掺的Ti02和NaYF4上转换材料,并对其结构和物理性质,特别是荧光性质进行了研究。论文主要包括两方面的内容:一是通过溶胶凝胶法制备了铋掺杂的二氧化硅薄膜,在对样品结构进行了系统表征的基础上,研究了铋掺杂二氧化硅的近红外荧光特性及机理,进而探索了 Au纳米颗粒共掺对其近红外荧光的增强作用。此外,提出采用离子注入技术与PECVD技术相结合制备了铋注入SiOo.73薄膜样品,在热退火条件下获得了铋掺杂的纳米硅/氧化硅材料,通过纳米硅与铋离子间的能量传递过程实现了铋离子近红外荧光的有效增强,并采用稳态荧光光谱、瞬态荧光光谱等研究了相应的能量传递过程。二是通过化学法合成了 Er3+/Yb3+共掺的Ti02和NaYF4上转换材料,通过TEM、XRD等研究材料的上转换特性,并探索了增强上转换荧光的可能途径。主要研究内容及成果如下:1.溶胶凝胶法制备的铋离子掺杂二氧化硅薄膜在325nm激光照射下有明显的近红外荧光发射,研究表明其发光机制可能与薄膜中低价态铋离子发光中心的形成有关。随着退火温度的提高,薄膜中羟基等非辐射复合中心减少,荧光强度增强;而过高的退火温度下,Bi2bSiOs结晶的形成使铋离子发光中心数量减少,荧光出现淬灭。实验发现,Au纳米颗粒能够有效减少薄膜中羟基的数量,从而增强荧光发射强度,15mol%的Au掺杂下铋离子近红外荧光增强了 40倍左右。2.利用离子注入技术与PECVD相结合制备了铋注入SiO0.73薄膜,高温退火下薄膜中形成硅纳米颗粒,通过控制退火温度能对纳米硅的尺寸进行较好地调控,退火温度越高,纳米硅尺寸越大,发光出现红移。瞬态荧光寿命测试表明纳米硅与铋离子间存在能量传递过程,随着退火温度从900℃C提高到1100℃C,纳米硅表面缺陷减少,能量传递效率提高,极大地增强了铋离子的近红外发射,1100℃退火下铋离子注入剂量为1×1015/cm2的薄膜样品中纳米硅与铋离子间的能量传递效率达到92.1%,其近红外荧光积分强度与未退火样品相比增强了近60倍。3.在980nm近红外光的激发下,制备的Er3+/Yb3+共掺的TiO2和α-NaYF4样品均出现了明显的上转换红绿光发射,变功率激发荧光光谱测试表明该上转换过程属于双光子吸收过程。我们通过Gd3+共掺杂的方法,在较低的反应温度下合成了β-NaYF4上转换材料,并进一步研究了 Gd3+掺杂含量对于NaYF4结构特征和上转换荧光的影响,实验表明Gd3+能够促使材料由α相向β相转变。同时,随着Gd3+掺杂含量的提高,一方面纳米颗粒中β-NaYF4的比例增大,上转换效率越高;另一方面形成的β-NaYF4纳米棒的尺寸越小,表面缺陷增多,阻碍稀土离子间的能量传递,最终样品在Gd3+掺杂浓度为15mol%时发光达到最强,出现了基于三光子吸收过程的408nm上转换蓝光发射。