光学学报, 2010, 30 (12): 3547, 网络出版: 2010-12-07   

Tb3+,Yb3+共掺Y2O3透明陶瓷的制备及其下转换近红外发光研究

Preparation and Investigation on Down-Conversion Near Infrared Emission of Tb3+,Yb3+ Co-doped Y2O3 Transparent Ceramics
作者单位
1 中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
摘要
采用真空烧结制备了透明度良好的Tb3+,Yb3+共掺的(Tb0.01Y0.99-xYbx)2O3 (摩尔分数x=0,0.02,0.05,0.1)透明陶瓷。在484 nm的蓝光激发下,通过Tb3+离子的敏化作用,实现了Yb3+离子的下转换近红外发光。由Tb3+到Yb3+主要的能量传递机理为:Tb3+吸收484 nm的光子后将所吸收该光子的能量通过合作下转换的方式传递至两个Yb3+离子的激发态2F5/2能级,进而实现两个Yb3+离子的近红外发光。真空烧结对Tb4+的抑制、Y2O3晶格本身对Yb2+的抑制、Tb4+-Yb2+电荷转移态与Tb3+离子5D4能级之间较大的能隙以及Y2O3较低的声子能量等因素使得在484 nm激发下,由Tb3+经Tb4+-Yb2+电荷转移态后部分无辐射跃迁至Yb3+离子2F5/2能级的影响变得较小。另外,Y2O3较低的声子能量加之Tb3+离子5D4能级与Yb3+离子2F5/2能级之间较大的能隙(约1×105 cm-1)使得由Tb3+离子5D4能级无辐射跃迁至Yb3+激发态2F5/2,进而实现一个Yb3+离子的近红外发光在下转换近红外发光中的贡献也较小。
Abstract
Tb3+, Yb3+ codoped Y2O3 (mole fraction x=0.02, 0.05, 0.1) transparent ceramics of high transparency have been prepared by vacuum sintering and the down-conversion near infrared (NIR) emission has been demonstrated upon a 484 nm excitation. The dominant energy transfer mechanism is the cooperative down-conversion from 5D4 level of one Tb3+ ion to the 2F5/2 level of two Yb3+ ions. The suppression of Tb4+ during vacuum sintering and the suppression of Yb2+ due to the nature of Y2O3 lattice, together with the large energy gap between Tb3+5D4 level and Tb4+-Yb2+ charge transfer state (CTS) and the low phonon energy of Y2O3 make the non-radiative influence from the CTS negligible. In addition, the contribution of Tb3+5D4→one Yb3+2F5/2 (non-radiative)→Yb3+2F7/2 (radiative) process to NIR emission should be little due to the large energy gap between Tb3+5D4 level and low phonon energy of Y2O3.

林辉, 周圣明, 侯肖瑞, 李宇焜, 李文杰, 滕浩, 贾婷婷. Tb3+,Yb3+共掺Y2O3透明陶瓷的制备及其下转换近红外发光研究[J]. 光学学报, 2010, 30(12): 3547. 林辉, 周圣明, 侯肖瑞, 李宇焜, 李文杰, 滕浩, 贾婷婷. Preparation and Investigation on Down-Conversion Near Infrared Emission of Tb3+,Yb3+ Co-doped Y2O3 Transparent Ceramics[J]. Acta Optica Sinica, 2010, 30(12): 3547.

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