为了研制高功率光纤激光器的掺镱纤芯材料, 采用高温熔融法制备了0.70SiO2-0.18Li2CO3-0.04MgCO3-0.04BaCO3-0.02Al2O3-0.02Yb2O3(摩尔分数)锂硅酸盐玻璃样品, 测试了其吸收光谱和858nm激发下的荧光光谱, 进一步对光谱和激光性能参量进行了理论计算。结果表明, 样品的主荧光峰位于1036nm附近, 荧光有效线宽为94.1nm, 吸收截面为1.143pm2, 发射截面为1.024pm2, 荧光寿命为0.98ms, 激发态最小的粒子数仅为0.042, 最小抽运强度为0.76kW·cm-2。与近年来相关文献中报道的镱掺杂玻璃相比, 该掺镱锂硅酸盐玻璃在光谱及激光性能上比较有优势, 有望在研制镱掺杂光纤中得到应用。

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%。

近红外量子剪裁能够有效地提高硅太阳能电池的效率。稀土元素种类繁多,能级丰富,常被 用于制作近红外量子剪裁发光材料。研究者们用适当的方法制成发光材料之后,测量材料的吸收光谱, 激发光谱和发射光谱。根据这些数据计算得到材料的量子效率。其中Tb3 +-Yb3 + 离子对备受关注。 Tb3 + 吸收紫外-可见光,通过协同能量传递把能量传递给Yb3 + 离子。Yb3 + 离子跃迁辐射出1000 nm左右的近红外光。 该波段的光子能够被硅太阳能电池吸收利用。Tb3 +-Yb3 + 离子对在不同掺杂浓度,不同基质中得到的量子效率不同。

研究了碱金属氟化物对掺Yb3+氟磷玻璃的光谱性质和析晶稳定性能的影响。运用倒易法计算了Yb3+的发射截面。结果显示, LiF的引入对吸收和发射截面的提高作用较大并出现最佳引入量极值, 其次为KF。碱金属氟化物的引入可提高二元体系的析晶稳定性能,使玻璃网络结构得到改善; 拉曼光谱显示二元体系中引入YbF3后玻璃网络结构得到增强, 而在引入碱金属氟化物的三元体系中掺杂YbF3后破坏了网络完整性,降低系统析晶稳定性能。