在实际晶体中，常常存在杂质原子可能破坏晶体结构导致晶格缺陷，对晶体内部的规则布列进行了局部排列，以至于产生了一个特殊的能级，我们称之为能级，这中缺陷能级对晶体的发光起到了至关重要的作用[2]。
1.3 稀土发光材料
1.3.1 稀土元素简介
“稀土”是一个古老的名称。稀土元素在18世纪末叶开始陆续发现，当时的人们经常把不溶于水的物质，即氧化物，称之为“土”；于此同时，他们发现这种“土”非常的稀有，所以又称其为“稀土”。
稀土是稀土元素的简称，这个大家族共由17种元素组成，即包括元素周期表中的镧(57)、铈(58)、镨(59)、钕(60)、钷(61)、钐(62)、铕(63)、钆(64)、铽(65)、镝(66)、钬(67)、铒(68)、铥(69)、镱(70)、镥(71)的镧系元素，以及同属于第三副族的钪(21)和钇(39)。这些元素的电子层构型为1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f0-145s25p65d0-166s2或[Xe]4f0-145d0-16s2。其中，钪和钇的核外电子层构型分别为1s22s22p63s23p63d14s2和1s22s22p63s23p63d104s24p64d15s2，虽然没有4f电子层，但是他们的外层具有(n-1)d1ns2的电子结构，使得这两种元素的化学方面的性质与镧系元素的非常相似，所以将他们归属于稀土元素。
从稀土原子的核外电子构型中可以看出，当稀土元素参加化学反应时，此类稀土原子将提供两个6s电子轨道和一个f电子，接着经过杂化形成三个能量状态相等的杂化轨道，即6s24f1，伴随着的就是其能级位置降到6s与4f之间。这些杂化轨道在与阴离子的价电子相互作用之后，形成了最稳定的化学键，也就是价带。由于能量状态处于最低，导致价带的位置在能量带中的不确定性，从而稀土离子的许多特别的荧光现象也就随之产生[3]。
1.3.2 稀土离子的发光特性
稀土离子的特点是具有未填充满的4f壳层。4f轨道位于离子内部。由于受到外部5s25p6轨道的屏蔽，因此基质晶体场对于4Fn电子的作用特别小，引起的能力劈裂也是极少的。但是因为该壳层的电子轨道波函数局域在很小的范围内，电子自己的库伦作用很强。除此之外，每个4f电子本身的轨道角动量和自旋角动量均不等于零，会产生磁矩，磁矩间的相互作用会导致磁场叠加，从而使得自旋轨道耦合。每个4f电子由于轨道角动量的空间取向有7种，以及自旋角动量的取向有2种，所以共有14个独立的状态。N个不可分辨的电子占据14个各异的状态时会形成C14n=14!/[n!(14-n)!]个独立的能量状态，这些能量状态一般的分布范围较广，其能量分布主要是由这些电子间的自旋轨道作用和库伦作用决定的[4]。
稀土发光的原因，是稀土离子的4f电子在不同的能级之间跃迁。稀土元素独特的电子结构造就了其特殊的发光特性：
(1) 复杂的电子能级，使得这类稀土化合物材料拥有多种荧光特性。除了Lu3+离子和La3+离子的4f亚层为全满或者全空，以及Y3+离子和Sc3+离子没有亚层以外，其余所有稀土元素离子的4f电子可以任意的在7个4f轨道之间分布[5]。
(2) 由于稀土元素的4f层受到外层5s和5p轨道的有效屏蔽作用，不易受到外部环境的干扰，因此f-f 跃迁常常呈现出尖锐的线状光谱，有较好的发光色纯度。
(3) 较长的荧光寿命。稀土元素4f电子能级之间的自发跃迁概率是非常小的，从而其荧光寿命可以由纳秒直接提升至毫秒，跨越了6个数量级。
(4) 拥有较强的吸收激发能量的能力，本文来自辣)文,论(文'网，
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(5) 不但物理化学性质特别稳定，而且还能够承受住大功率电子束、强紫外光以及高能辐射的作用。
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