Er3+掺杂荧光粉的能级参数与光学跃迁性质

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J-O理论是研究玻璃材料、透明陶瓷材料、晶体材料等透明介质中稀土离子光学跃迁的有效方法,该方法被研究者们普遍认可和广泛应用。然而对于多晶粉末等难以测量吸收光谱的材料来说,该理论的应用受到了限制。本论文就该问题的解决办法进行详细的说明和讨论,在不考虑K-M理论的情况下,提出了一种基于Judd-Ofelt理论基础的进行稀土离子掺杂粉末材料光学跃迁性质的计算方法,并把该方法应用于两种Er3+掺杂的粉体材料。  采用微波水热法制备了Er3+掺杂的绣球花状NaY(WO4)2微米球样品。应用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、漫反射光谱(DRS)等手段对样品进行表征。XRD结果证明所获得的产物为纯相体心结构的NaY(WO4)2,SEM观察发现产物粒子为由纳米片组装成的绣球花状结构。修正的漫反射(即准吸收潜)可以观察到了Er3+的特征吸收峰,采用数值计算获得了各吸收跃迁的中心波数。由泰勒级数展开法获得了Er3+的部分能级参数为F2=429.20,F4=68.18,F6=7.20,ξ=2422.92。依据J-O理论,计算得到Er3+的光学跃迁强度参数Ω1(t=2,4,6)分别为1.73×10-20cm2,0.94×10-20cm2,0.57×10-20cm2,并进一步计算出Er3+在该样品中各能级跃迁的振子强度、自发辐射跃迁几率、辐射寿命和荧光分支比等光谱参数。  采用高温固相法制备了Er3+单掺Lu2O3的荧光粉。利用XRD和FE-SEM对样品的结构和形貌进行表征,发现产物为预期的立方相Lu2O3,并且样品颗粒尺寸分布不均匀,形貌也不规则,大的样品颗粒由小颗粒团聚而成。同样采用数值分析方法对漫反射谱进行解析,获得了吸收跃迁的中心波数,并用泰勒级数展开方法计算得到了Er3+在Lu2O3中部分能级参数为F2=432.49,F4=68.04,F6=7.45,ξ=2401.10。利用漫反射谱数据,采用类似的方法计算得到了Er3+在Lu2O3中的光学跃迁强度参数为Ω2=0.35×10-20cm2,Ω4=0.74×10-20cm2,Ω6=0.43×10-20cm2。利用这三个参数获得了Er3+在Lu2O3中各跃迁辐射跃迁速率、荧光分子比及部分能级的辐射跃迁寿命,进一步获得了Er3+在Lu2O3中吸收截面谱。
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