采用改进过的布里奇曼法成功地生长了Tm3+离子浓度从0.5～4 mol%变化的高质量Na5Lu9F32单晶.在790 nm LD激发下, 研究了不同Tm3+掺杂晶体在1.86 μm波段的荧光发射性能、衰减曲线以及Tm3+离子之间的能量传递过程.当Tm3+离子掺杂浓度增加到~1.95 mol%时, 晶体在1.86 μm处的荧光发射强度达到最大.然后, 随着Tm3+离子浓度进一步的增大, 发射强度迅速下降.然而, Tm3+离子在3F4能级处的荧光寿命随着Tm3+掺杂浓度从0.5增加到4 mol%, 逐渐降低.同时计算了1.86 μm处最大的受激发射截面为0.80×10－20 cm2.Tm3+离子的浓度猝灭效应和离子之间的交叉弛豫能量传递过程是造成1.86 μm荧光发射变化的主要原因.

以正硅酸乙酯与γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷为前驱体, 应用溶胶-凝胶技术, 合成了Tm3+离子掺杂的有机-无机复合材料。从吸收光谱特性出发, 应用Judd-Ofelt理论, 计算得到了Tm3+离子的J-O强度参量(Ω2, Ω4, Ω6)及Tm3+离子各激发能级的自发辐射跃迁概率、荧光分支比及辐射寿命等光谱参量。根据McCumber理论计算了Tm3+离子能级3H6←→3F4(1.8 μm)跃迁的吸收截面和受激发射截面, 同时, 根据所获得的吸收截面、发射截面以及掺杂离子浓度等参数获得了Tm3+离子在凝胶玻璃中的增益截面函数。与其它玻璃掺杂基质比较可知, Tm3+掺杂的有机改良硅酸盐玻璃在~1.8 μm和~2.0 μm波段的中红外激光中有潜在的应用前景。

研究了不同环境温度下晶体LaOF和非晶体SiO2纳米体系中掺杂Tm3+ 离子的荧光光谱。结果表明，在20~300 K的温度范围内，荧光谱线的宽度、强度以及谱线位置均随温度的升高而变化。发光离子的局域环境直接影响荧光光谱对环境温度的依赖程度：SiO2中发光离子的荧光寿命受温度影响较小，而位于晶相环境LaOF中离子的荧光寿命则显示较强的温度依赖特性，在脉冲激光激发条件下，研究了3H4能级荧光寿命随温度变化的规律。

研究了Tm3+掺杂氟锆酸盐玻璃的2 μm发光特性。通过吸收光谱,运用Judd-Ofelt(J-O)理论计算了J-O强度参量Ωt(t=2,4,6)以及Tm3+离子在玻璃中的自发辐射跃迁几率、荧光分支比和辐射跃迁寿命等光谱参数。采用808 nm激光二极管(LD)抽运,获得了Tm3+离子在氟锆酸盐玻璃中的近2 μm发射光谱。Tm3+离子在玻璃中的3F4→3H6跃迁峰值波长位于1.82 μm处。研究表明,随着Tm3+离子浓度的增加,Tm3+离子之间发生明显的交叉弛豫过程(3H4→3F4,3F4→3H6),从而使得1.82 μm处荧光强度明显增强,但当掺杂浓度进一步增加达到一定程度后,基于三能级稀土离子的浓度猝灭效应,该荧光强度明显降低。研究计算了氟锆酸盐玻璃中Tm3+:3F4→3H6跃迁对应的受激发射截面,结果表明,受激发射截面受Tm3+掺杂浓度的影响不大。

研究了加入敏化离子Cr3+和Er3+的Tm:YAG晶体的吸收谱和荧光谱,计算了Cr3+、Er3+、Tm3+离子的2E、4I13/2、3F4能态的平均寿命及能量；转移效率、转移速率.得出Cr3+→Tm3+转移效率为80%,转移速率为2.1×103 s-1.由(Er,Tm):YAG的荧光谱可见存在Er3+→Tm3+的有效的能量转移.讨论了Cr3+→Tm3+和Er3+→Tm3+能量转移的不同.

给出了ZNLAN中Tm3+离子的一些光谱参量(Ar,β,τm,τr,Δλ,σr)的实验和计算结果。报道了不同波长激发下Tm3+离子的发射光谱(UV-NIR)。荧光寿命和发射强度随掺杂Tm3+浓度的变化。着重讨论了Tm3+离子之间的能量转移过程。