Dy/Tm掺铋酸盐玻璃的中红外性质研究(2)

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3.2.6中红外发光光谱 19

3.2.7能量传递机制研究 20

4 总结 21

致谢 22

参考文献 23

1.引言

1.1稀土玻璃的光谱能级理论

物质发光的原因可以分成两种类型：一种是物质受热产生热辐射发光；另一种是物质受到激发吸收了能量从而跃迁至激发态，在从激发态返回到基态的过程中发光。而我们以稀土元素作为激活剂的发光材料是后面一类的发光。发光材料就是发光的基质和其中掺杂的激活离子组成的[1]。发光的基质有多种多样，常见的就是玻璃机制，而且光玻璃可以用于多种领域。

由于稀土元素原子的电子构型中存在这4f轨道，可以为多种能级跃迁创造条件，而且稀土元素有着非常丰富的电子能级，从而就获得了多种发光性能[2]。稀土离子能够发光是由于未被填满的4f壳层的电子跃迁，4f层的电子被5s和sp电子层的8个电子所屏蔽，晶体场对谱线位置影响比较少，所以稀土离子的光学特性就和其他的激活离子是不相同的，在玻璃中它能够保持与原子相同的类线性光谱，显示出了分离的能级，f-f跃迁发射光谱都是线状的光谱。在发光材料中，4f能级的跃迁主要有两种，分别是稀土离子的电偶极或者磁偶极跃迁。f-f的电偶极跃迁对与晶体场的对称性是很敏感的，但是晶体场对称性对于磁偶极跃迁来说，它的影响却不明显。如果稀土原子在晶体场中占据反演对称格位，那么4fn的电偶极跃迁就会被完全的屏蔽，反之电偶极跃迁就不会被完全屏蔽[3]。

稀土材料根据激发源的不同，可以被分为阴极射线发光、X射线发光、光致发光、还有电致发光材料等等。稀土荧光材料对比相应的非稀土荧光材料，它的发光效率及其他各种性能都要更加好。

无机材料的发光性质和化合物的结构与杂质缺陷有关。当稀土离子掺杂到晶格中，会有激发和发射发生。此时，稀土离子被称为活化剂。如活化剂周围的环境和活化剂在晶格中的位置的因素也影响材料的发光性能。当受到光的激发时，稀土离子会产生许多不同的反应，如兴奋或产生电子和空穴。对于离子被激发，离子被激发在高能量，并在这个时候，它们是不稳定的，并可能返回到基态在任何时间。在返回到基态的过程中，有三种类型：一是发射光子，也就是发光，这一过程称为辐射跃迁或发光；如果不发射光子，只是能量转移，这被称为能量转移；如果它能激发能散发热量，这是所谓的无辐射跃迁或淬火。上述三种情况都可能发生，取决于周围的离子的条件（如附近的离子的位置和种类等）。对于电子和空穴的激发，这些电子和空穴经过复杂的过程最终会进行重组。一般来说，电子和空穴总是由一些特定的中心结合在一起。如果光子在复合后被发射，则中心是发光的中心，而中心将电子和空穴的复合能量转换成热能而不发射光子，这就是淬火中心。可见发光和猝灭是发光材料中的两个对立和竞争过程[4]。

B.R.Judd[5]和G.S.Ofelt[6]在1962年根据稀土离子在它们所处的环境电场的作用下，4fN组态与相反演对称的组态混合，产生了强制性的电耦合跃迁，根据这样的现象提出了研究稀土离子f-f能级跃迁吸收及发射光谱性能的Judd-Ofelt理论。这个理论是从组态中掺入杂质进行研究，推导出了跃迁强度和晶体场之间的关系，同时也找出了采用拟合吸收光谱获得光学跃迁强度参数的方法。掺杂稀土离子的硅酸盐、磷酸盐、碲酸盐、锗酸盐等玻璃在激光、光波导、光通信等各个方面被广泛应用，这让我们理解了各种新型光功能玻璃的光谱特性和应用方面的一系列内容。当然不同的稀土离子对于不同的玻璃基质都会产生不一样的光学性质。所以，这样我们就可以对于在研究Tm3+ Dy3+共掺铋锗酸盐玻璃中时产生的不同的光学性质时，进行分析和讨论。