有趣的贵金属表面等离激元的光学性质, 尤其是在发光增强领域的表现, 使得它已经成为全球的一个研究热点。 表面等离激元就是光与贵金属中的自由电子相互作用时, 自由电子和光波电磁场由于共振频率相同而形成的一种集体振荡态。 该文研究了碲化物玻璃中银纳米颗粒的表面等离激元共振增强铒离子的发光。 我们测量了吸收谱、 激发谱、 发光谱以及荧光寿命。 首先, 我们挑选365.5和379.0 nm吸收峰作为激发波长测量了385～780 nm波长范围的可见发光光谱, 发现有4个发光峰, 依次位于408.0, 525.0, 546.0和658.5 nm, 容易指认出它们依次为铒离子的2H9/2→4I15/2, 2H11/2→4I15/2, 4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2的荧光跃迁; 可以计算出［80 nm平均粒径纳米银的Er3+(0.5%)Ag(0.2%): 碲化物玻璃的样品A］的上述4个可见发光的峰值强度是［Er3+(0.5%): 碲化物玻璃的样品C］的大约1.44～2.52倍。 同时, ［50 nm平均粒径纳米银的Er3+(0.5%)Ag(0.2%): 碲化物玻璃的样品B］的上述4个可见发光的峰值强度是样品C的大约1.08～1.55倍。 随后, 我们挑选365.5和379.0 nm 吸收峰作为激发波长测量了928～1 680 nm波长范围的近红外发光光谱, 发现近红外波段有两个发光峰, 位于979.0和1 530.0 nm, 容易指认出它们依次为铒离子的4I11/2→4I15/2和4I13/2→4I15/2的荧光跃迁; 同样可以计算出样品A的上述2个近红外发光的峰值强度是样品C的大约1.43～2.14倍。 同时, 样品B的上述2个近红外发光的峰值强度是样品C的大约1.28～1.82倍。 因此, 发光的最大增强大约是2.52倍。 从荧光寿命动力学实验, 我们发现样品A的荧光寿命为τA(550)=43.5 μs, 样品B的荧光寿命为τB(550)=43.2 μs, 样品C的荧光寿命为τC(550)=48.6 μs。 这些实验结果证实了τA≈τB ＜τC。 它意味着样品(B)相对于样品(C)的发光增强是源于自发辐射增强效应。 然而, 它也意味着样品(A)相对于样品(B)的发光增强是源于纳米银颗粒的粒径尺寸r效应。 也就是说当粒径尺寸r增大的时候, 散射截面Cs和r6成正比, 而吸收截面Ca和r3成正比, 因此散射截面Cs增大的速度会远大于吸收截面Ca增大的速度, 而散射截面Cs是荧光增强的原因, 吸收截面Ca是荧光减弱的原因, 所以随着银纳米颗粒尺寸的增大, 其散射截面占主要部分, 当发光材料和金属表面等离子体SP发生耦合时, 能量快速的转移到金属表面等离子体SP上, 而后被散射到远场, 这有利于增强荧光。 其综合的结果就导致了发光强度会随r的增大而增强。 上述实验的结果对太阳能电池的光伏发电和生物物理应用等领域都有着很好的应用前景。

稀土材料的红外和可见量子剪裁对于寻找更好能量效率的发光材料来说都是一个激动人心的发展。发光效率的最大上限值能从100%提高到200%甚至更高。在第一代晶硅太阳能电池与第二代薄膜太阳能电池之后第三代的聚光太阳能电池已成为目前的重点发展方向。现在, 利用稀土材料的近红外量子剪裁发光效应有可能较好的解决太阳光谱与太阳能电池光电响应之间存在的光谱失配的问题, 因此有可能较大幅度的提高太阳能电池的发电效率, 因而具有重要的意义与价值。研究了钒酸钇晶体基质中Yb3+离子的近红外量子剪裁发光现象, 测量了从可见到红外的钒酸钇晶体的发光谱、激发谱与荧光寿命, 测量发现钒酸钇晶体基质能带在约322.0 nm光激发时能导致有效的从钒酸钇晶体基质到Yb3+离子的二级合作能量传递, 进而导致了很强的Yb3+离子的985.5 nm 2F5/2→2F7/2的近红外量子剪裁发光, 同时, 钒酸钇晶体基质的位于430.0 nm的发光强度大幅降低。测量发现: (A) Yb(1.5)∶YVO4晶体的430.0 nm的荧光寿命值为τA=3.785 μs;(B) YVO4晶体的430.0 nm的荧光寿命值为τB=22.72 μs;研究计算发现总的理论量子剪裁效率上限值为η1.5%Yb=183.3%。

稀土红外量子剪裁为目前国内外的研究热点, 它对于提高太阳能电池的效率从而减低太阳能发电的造价很有意义。 论文综述了稀土红外量子剪裁的研究意义, 在总结了太阳能电池发电和损耗的原理的基础上, 分析了稀土红外量子剪裁提高太阳能电池效率的具体途径。 同时综述了单掺Er3+材料的稀土红外量子剪裁发光现象: 光激发2H11/2能级有很强的4I13/2→4I15/2红外量子剪裁发光, 速率很大的{2H11/2→4I9/2, 4I15/2→4I13/2}交叉能量传递为导致光激发2H11/2能级有高量子剪裁效率的主要原因。

分别对五磷酸盐非晶材料(ErP5O14)在979.3, 803.8， 521.8， 450.0, 405.5和378.5 nm等光激发下所有能级的动力学过程在改进能量传递理论前后进行了数值模拟比较。 结果发现， 应用改进后的能量传递速率进行计算模拟的结果才是合理的， 其中在521.8， 450.0和378.5 nm光激发ErP5O14非晶时， 4I13/2→4I15/2和4I11/2→4I15/2跃迁的相对荧光强度的比值分别是979.3 nm光激发的2.11倍， 2.82倍和2.99倍， 均存在有效的4I13/2→4I15/2跃迁的红外量子剪裁效应。 该研究对于提高锗太阳能电池的转换效率具有潜在的应用前景。

近年来对作为典型的硝基苯环类炸药的三硝基甲苯(TNT)的痕量检测受到越来越多的关注。 将银胶纳米颗粒作为表面增强拉曼散射（SERS）基底， 研究了10－6mol·L-1的TNT的表面增强拉曼光谱的优化实验条件， 重点研究了氯化钠溶液（NaCl）的含量以及碱性水解对TNT的表面增强拉曼光谱的影响。 实验发现SERS样品中如果没有加入NaCl溶液， 将观察不到TNT的SERS谱。 加入的NaCl的含量必须在某一个范围之内才能观察到TNT的SERS谱， 而且在这个范围之内， 随着NaCl含量的增加， TNT的1 392 cm-1处的拉曼峰出现先增大后减小的现象。 对NaCl在TNT的SERS中的作用给予了理论解释。 研究还发现TNT分子经过碱性水解后， 与银纳米颗粒之间的吸附作用增强， 其SERS谱的强度明显优于未经碱性水解的SERS结果。

根据Pr3+掺杂透明氟氧化物玻璃陶瓷（Pr（0.2）∶FOV）样品在室温下的吸收光谱, 分别采用了标准和修正的Judd-Ofelt理论拟合出J-O强度三参量Mn。 结果表明， 此修正的J-O理论应用到Pr（0.2）∶FOV材料的跃迁强度计算中是合理的和必要的。 并由此修正理论计算了各个激发态之间跃迁的振子强度、 自发辐射速率、 荧光分支比和积分发射截面等光谱参量， 分析了Pr3+∶FOV材料的应用价值。 其中， 特别是3P0→3H4， 3P1→3H5和3P0→3H6， 3P0→3F2等几个强发光能级都有很好的应用前景。 由此表明: Pr3+掺杂的氟氧化物玻璃陶瓷作为固态激光材料有可观的应用前景。

对含有不同浓度Tl+激活剂的CsI∶Tl晶体进行了光吸收光谱和荧光光谱测量, 以研究CsI∶Tl的光学吸收和发光特性。 实验观察到, 在紫外吸收谱中包含有三个特征结构峰297, 273和247 nm, 高浓度Tl+晶体的吸收结构峰比低浓度的峰明显加宽, 其中A吸收峰297 nm红移20 nm。 室温下不同能量紫外光激发的荧光带形状相同, 不受Tl+浓度影响。 分析认为, 晶体中掺杂Tl+后晶格畸变是导致吸收峰或荧光激发峰变化的主要原因, 但对发光带峰宽和峰位影响不明显。

室温下掺铊碘化铯(CsI∶Tl)晶体的吸收谱在230～320 nm范围内有3个特征峰：310 nm(4 eV)、270 nm(4.6 eV)和245 nm(5.1 eV)。采用这3种不同激发能量(对应不同激发机制)的近紫外(UV)光激发得到的荧光(PL)光谱相同。这些PL谱与钨(W)靶X射线激发的辐照致荧光(RL)谱也类似。经分峰计算, PL和RL均含有4种熟知的3.1 eV(400 nm)、2.55 eV(486 nm)、2.25 eV(550 nm)和2.1 eV(590 nm)发光组分, 但RL中2.1 eV组分高于PL, 同时2.55 eV组分又低于PL。分析认为, 这一差异来自于X射线对晶体的辐照损伤Tl＋Va＋、Tl0Va＋, 相关的2.1 eV吸收峰与2.55 eV发光带重叠。结果表明：X射线比紫外光更易产生损伤从而影响晶体CsI∶Tl的发光特性。

根据掺杂Er3+(0.5%)的YVO4样品的吸收光谱, 用Jubb—Ofelt理论拟合出唯象强度参量Ωλ, 并由此计算了激发能级的振子强度、 自发辐射跃迁速率、 荧光分支比和积分发射截面等光谱参量。 并根据这些光学参量, 分析了Er3+∶YVO4晶体的应用价值。 其中, 特别是4I13/2→4I15/2, 2H11/2→4I15/2, 4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2等几个强发光能级具有较大的振子强度(大于10－6)和积分发射截面(大于10－18cm), 分别分析了它们的应用前景, 因此非常值得关注。 并且, 本文结果和Capobianco等所报道的Er3+(2.5 mol%)∶YVO4晶体强度参量结果很相近。 而且, 通过比较掺Er3+钒酸钇晶体和掺Er3+其他晶体的光学性能, 可以看出钒酸钇晶体作为激光晶体的优点。 最后, 还根据Er3+在晶体中的对称性, 利用群论讨论了Er3+在YVO4晶场中各能级的劈裂情况

利用脉冲激光烧蚀(PLA)技术烧蚀高纯TaSi2靶材,在高定向热解石墨(HOPG)基底上制备TaSi2纳米颗粒,用扫描电镜(SEM)分析纳米颗粒表面形貌,X射线光电子能谱(XPS)分析颗粒的化学组分和元素化学价态。SEM分析结果表明,PLA制备的TaSi2纳米颗粒平均尺寸为10 nm,面密度约1×1012cm-2;XPS分析表明HOPG基底上纳米颗粒表面的化学组分为Ta,Si,C,O元素,Ta和Si元素的存在方式主要是TaSi2,用积分面积灵敏度因子法计算Ta和Si原子比为1:2.2,接近TaSi2的化学计量比。进一步分析表明烧蚀过程中,部分Ta元素与C发生反应生成TaC,部分Si元素与C反应生成SiC;而O主要以化学吸附方式存在于样品表面。