年
2
月
Journa
l
of
Hebe
i
Polytechn
i
c
Un
i
versity
(
Natural
Science
Editi
on
)
Feb
.
文章编号
:
1674
-
0262
(
)
01
-
0076
-
04
上转换发光材料研究进展与应用
沈毅
,
王少艳
(
河北理工大学
材料学院
,
河北
唐山
063009
)
关键词
:
上转换发光
;
研究进展
;
应用
摘
要
:
阐述了上转换发光材料的特点
、
国内外发展现状
、
上转换理论
,
并提出了新的应用
和研究方向
。
中图分类号
:
T
Q
591
文献标志码
:
A
0
引言
发光是指物体内部以某种方式吸收的能量不经过热阶段
,
直接转化为非平衡辐射的现象
。
根据激发方
式的不同
,
通常将发光分为光致发光
、阴极射线发光
、电致发光
、放射线发光和
X
射线发光等
。光致发
光中
,
一种通过多光子机制把长波辐射转换成短波辐射
[
1
]
,
从而实现了低能量光波向高能量光波转换的
现象被称为上转换发光
。
所谓的上转换材料就是指受到光激发时
,
可以发射比激发波长短的荧光的材料
。
1
研究现状
1
1
1
上转换发光材料的理论研究
上转换发光是基于稀土元素
4f
电子间的跃迁
,
由于外壳层电子对
4
f
电子的屏蔽作用
,
使得
4
f
电子态
之间的跃迁受基质的影响很小
,
每种稀土离子都有其确定的能级位置
,
不同稀土离子的上转换过程不
同
[
3
]
。
上转换过程可以归结为三种形式
:
1
1
1
1
1
激发态吸收
(
ES
A,
Excited
State
Abs
or
p
ti
on
)
激发态吸收过程
(
ES
A
)
是在
1959
年
B
l
oe
mbergen
[
4
]
等人提出的
,
是上转换发光的最基本过程
。结合
图
1
2
1
说明如下
:
首先
,
发光中心处于基态能级
E
1
上的离子吸收一个能量为
Φ
1
的光子跃迁至中间亚稳态
E
2
能级
,
如果另一个光子的振动能量
Φ
2
正好与
E
2
能级和更高激发态能级
E
3
的能量间隔匹配
,
则
E
2
能
级上的该离子通过吸收该光子能量而跃迁至
E
3
能级形成双光子吸收
,
如果满足能量匹配的要求
,
E
3
能级
上的该离子还有可能向更高的激发态能级跃迁而形成三光子
、
四光子吸收
,
依此类推
。
只要该高能级上粒
子数足够多
,
形成粒子数反转
,
就可实现较高频率的激光发射
,
出现上转换发光
[
2,
5,
6
]
。
1
1
1
1
2
能量转移
(
ET,
Energy
Transfer
)
根据能量转移方式的不同分为如下几种形式
:
1
)
连续能量转移
(
SET,
Successive
Energy
Transfer
)
SET
一般发生在不同类型离子之间
,
其原理如图
1
2
2:
处于激发态的施主离子与处于基态的受主离子
满足能量匹配的要求而发生相互作用
,
施主离子将能量传递给受主离子而使其跃迁至激发态能级
,
本身则
通过无辐射驰豫的方式返回基态
。
位于激发态能级上的受主离子还可能第二次能量转移而跃迁至更高的激
发态能级
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