1 中国科学院 宁波材料技术与工程研究所, 浙江 宁波 315201
2 中国科学院大学, 北京 100049
基于激光二极管（Laser diode,LD)的照明和显示技术代表了半导体行业未来的重要发展方向之一, 荧光转换材料是决定激光照明的能量效率和显示产品色彩品质的核心部件。黄色荧光转换材料Y3Al5O12∶Ce3+ (YAG∶Ce3+)适合蓝光LD激发、效率高、易于获得白光, 仍然是目前最为广泛的研究对象。传统荧光粉加有机硅胶的封装模式热导率低, LD激发下存在烧蚀、发黑、失效等问题。LD高功率激发密度的特点引发了荧光材料封装技术革命性变革。为此, 多形态、高热导率的远程荧光体应运而生。本综述主要对基于YAG∶Ce3+荧光玻璃、荧光薄膜、荧光晶体、荧光陶瓷等不同形态材料的制备方法及其在LD照明应用中的性能研究进行了总结, 对荧光转换材料和LD照明的发展进行了展望。
荧光陶瓷 荧光玻璃 荧光薄膜 激光照明 YAG∶Ce3+ YAG∶Ce3+ ceramic phosphors phosphor in glass phosphor film white laser diode lighting
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Photoelectronic Materials, Ningbo University, Ningbo 315211, China
2 Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering, the Chinese Academy of Sciences, Ningbo 315211, China
3 Department of Physics, Dalian Maritime University, Dalian 116026, China
A Ce3+ ion-doped α-NaYF4 single crystal of high quality is grown successfully by an improved flux Bridgman method under the conditions of taking the chemical raw composition of NaF:KF:YF3:CeF3 in the molar ratio of 30∶18∶48∶4, where the KF is shown to be an effective assistant flux. The x ray diffraction, absorption spectra, excitation spectra, and emission spectra of the Ce3+-doped α-NaYF4 single crystal are measured to investigate the phase and optical properties of the single crystals. The absorption spectrum of the Ce3+:α-NaYF4 shows a strong band that peaks at the wavelength of 300 nm. The emission spectrum of the Ce3+:α-NaYF4 emits an intense ultraviolet (UV) band at the wavelength of 332 nm under the excitation of 300 nm light. Two separated luminous bands of 330 and 350 nm, which correspond to the transitions 5d→F5/22 and 5<
160.0160 Materials 230.0230 Optical devices 260.1180 Crystal optics 300.0300 Spectroscopy Chinese Optics Letters
2016, 14(6): 061601
1 宁波大学 光电子功能材料重点实验室, 浙江 宁波 315211
2 中国科学院 宁波材料技术与工程研究所, 浙江 宁波 315211
3 大连海事大学 物理系, 辽宁 大连 116026
采用坩埚下降法成功地生长了Er3+离子掺杂的Na5Lu9F32(NLF)单晶体。测定了单晶体在400～2 500 nm波段的吸收光谱与2.5～25 μm红外波段的透过光谱。Na5Lu9F32单晶体在400～7 150 nm宽波段范围具有好的光学透过性, 在该波段的透过率达到90%。在透过光谱中几乎观察不到2.7 μm中红外波段的吸收, 说明单晶体中OH-离子的含量极低。根据测定的吸收光谱, 通过Judd-Ofelt理论计算了Er3+在单晶体中的光学强度参数Ωt(Ω2=2.08,Ω4=2.07,Ω6=0.75), 以及相应的辐射跃迁速率、荧光分支比和荧光寿命。根据Futchbauer-Ladenburg公式估算了样品的发射截面大约分别为1.42×10-20 cm2(4I13/2→4I15/2)和1.66×10-20 cm2(4I11/2→4I13/2)。在980 nm半导体激光器(LD)激发下, 研究了单晶体的近红外1.5 μm与中红外2.7 μm的发射光谱特性。
Na5Lu9F32单晶体 近红外 中红外 Er3+ Er3+ Na5Lu9F32 single crystal near-infrared mid-infrared
1 宁波大学 光电子功能材料重点实验室, 浙江 宁波 315211
2 中国科学院宁波材料技术与工程研究所, 浙江 宁波 315211
3 大连海事大学 物理系, 辽宁 大连 116026
采用坩埚下降法生长出Ho3+离子掺杂浓度~1.90 mol%、Tm3+不同掺杂离子浓度(0.99 mol%, 1.58 mol%, 2.37 mol%, 3.16 mol%, 3.99 mol%, 7.19 mol%)的双掺杂立方晶相NaYF4单晶体.根据测定的吸收光谱以及800 nmLD波长激发下的发射光谱、发射截面和衰减曲线, 研究从Tm3+离子到Ho3+离子的能量传递机制、Tm3+离子的浓度猝灭效应和Ho3+离子在2.04 μm波段的优化发光效应.当Ho3+离子浓度保持为~1.90 mol%不变, Tm3+离子浓度从0.99 mol% 增加到 1.59 mol%时, 2.04 μm波段的发射强度逐步增强；当浓度从1.59mol% 增加到7.19mol%时, 发射强度逐步减弱.Ho3+(1.90 mol%)/Tm3+(1.59 mol%)共掺的单晶体的发射截面最大, 达到2.17×10－20 cm2, 其荧光寿命最长, 为21.72 ms；同时, 根据Ho3+离子的吸收截面和Tm3+离子的发射截面, 计算得到该样品从Tm3+∶3F4→Ho3+∶5I7稀土离子能量传递系数和Ho3+∶5I7→Tm3+∶3F4反传递系数分别为CTm-Ho=24.14×10－40 cm6/s, CHo-Tm=2.05×10－40 cm6/s.
光学材料 光谱 α-NaYF4单晶晶体 浓度猝灭 能量传递系数 Optical material Optical spectrum α-NaYF4 single crystals Concentration quenching Energy transfer coefficients
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Photo-Electronic Materials, Ningbo University, Ningbo 315211, China
2 Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering, Chinese Academy of Sciences, Ningbo 315211, China
3 Department of Physics, Dalian Maritime University, Dalian 116026, China
The absorption spectra, excitation spectra, and emission spectra of
Tb3+/Eu3+ ions in
LiYF4 single crystals synthesized by an improved Bridgman method are measured. The emission spectra of several bands, mainly located at blue
～487 nm (
Tb:D45→F76), yellowish green
～542 nm (
Tb:D45→F75), and red
～611 nm (
Eu:D05→F72) wavelengths, are observed under excitation by UV light. An ideal white light emission as a result of simultaneous combination of these emissions can be obtained from 1.11 mol%
160.0160 Materials 230.0230 Optical devices 300.0300 Spectroscopy Chinese Optics Letters
2015, 13(7): 071601
1 宁波大学 光电子功能材料重点实验室, 浙江 宁波 315211
2 中国科学院宁波材料技术与工程研究所, 浙江 宁波 315211
3 大连海事大学 物理系, 辽宁 大连 116026
以氟化钾(KF)作为助熔剂,选用70~90℃/cm的固液界面温度梯度,通过改进的助熔剂-布里奇曼方法生长出了Dy3+离子掺杂的α-NaYF4单晶体.测试了样品的X射线粉末衍射,吸收光谱,激发光谱,以及在不同紫外光激发下的发射光谱,分析了样品的的物相和光谱特性.应用色度学理论计算了Dy3+离子掺杂α-NaYF4单晶的色度坐标和色温.结果表明:当原料组份配比为30NaF-18KF-52YF3时,有利于大尺寸晶体生长.原料中KF的加入起到助熔剂作用,它改变了NaF-YF3二元系相图并且降低了α-NaYF4的熔点,使得α-NaYF4能从熔融的NaF-KF-YF3混合物中结晶出来,最后生长出透明的α-NaYF4单晶体.实验发现大多KF被排析在生长后期的晶体顶端,KF的加入没有对α-NaYF4单晶体的结构产生影响.在348 nm紫外光激发下,单晶体可发射出蓝光约479 nm,黄光约571 nm以及弱的红光约659 nm.其中1.299 mol% Dy3+掺杂浓度的α-NaYF4单晶体发射的蓝、黄与红光可耦合出色坐标x=0.285,y=0.338以及色温为8 065 K的白光.这些新型材料在紫外激发的白光二极管领域具有潜在的应用.
光学材料 光谱 布里奇曼方法 α-NaYF4单晶体 白光发射 紫外光 Optical material Optical spectrum Bridgman method α-NaYF4 single crystal White light emission Ultraviolet light
红外光纤由于其广泛的应用领域而具有很大的吸引力，现今无论在制备技术还是在光学损耗及结构特征等物理化学性能分析上都取得引人注目的进展。红外光纤可能发展为在中红外区域工作的超低损耗通讯用光纤，这就引起了研究者的兴趣。尽管为此目的还发展了如卤化物晶体和硫系玻璃等许多材料，但人们仍倾向于根据其应用范围来选择红外光纤材料。
