光学碱度对铒离子掺杂氧化物玻璃发光性能的调控机理研究

Rare earth ions doped oxide glasses due to high mechanical strength, good chemical stability and thermal stability have aroused great concern in the practical application. However, due to the glass structure is out of control, we have not found the universal method of predicting and controlling in the optical performance of rare earth ions doped oxide glass, and this becomes a research subject. Essentially, the 4f shell electrons of rare-earth ion, which determine the luminescence properties of its, are mainly affected by the anionic groups around them. The effect degree is characterized by the degree of polarization of oxygen ions (optical basicity also)..The aim of this project is to change the composition and components of the glass network formation, modification and intermediates, and to control the optical basicity of glass. Meanwhile, we investigate the influence of glass microstructure change on the luminescent properties of rare earth ions. It will be built the relationship between optical basicity and the luminescent properties of rare earth ions by using the glass microstructure as a bridge. Lastly, a universal method for predicting and regulating the luminescence properties of rare earth ions, and rare earth ion-doped oxide glasses with high luminescence will be obtained. These studies will be providing certain theoretical basis and technical route for developing the high luminescent efficiency of rare earth ions doped oxide glasses.

稀土离子掺杂氧化物玻璃具有高机械强度、良好光学稳定性和热稳定性，在光学元器件中的应用不可替代，然而由于玻璃结构的远程无序，获得高效的发光性能及研发手段成为研究重点。在含氧酸盐玻璃中，阴离子配位基团是影响稀土离子发光性能的重要因素，而光学碱度反映了氧化物介质的平均施给电子能力，是玻璃微结构的宏观表现，可作为稀土离子受配位场作用程度的探针和调控手段。.项目首先通过改变玻璃基质的组成、成分和工艺，制备出稀土离子掺杂氧化物玻璃，结合红外、拉曼、固体核磁共振等结构表征手段，研究玻璃基质微结构（基本单元结构种类、比例）与光学碱度之间的内在联系；并以玻璃微结构为桥梁，光学碱度为其宏观探针，研究并构建光学碱度对稀土离子发光性质的影响及关系，获得能够预测和调控稀土离子发光性能的普适方法，并制备出具有高效发光的稀土离子掺杂氧化物玻璃。本项目的研究成果可为研发高效发光材料和器件提供技术路线和理论依据。

通过研究碱金属、碱土金属锗酸盐基质玻璃的结构。随着碱金属/碱土金属离子半径的增加，对Ge-O-Ge键削弱增加，形成的非桥氧键增多，引入的富于氧原子，锗氧四面体[GeO4]向锗氧[GeO6]八面体转变。在不同激发波长激发下，基质玻璃的折射率随加入的碱/碱土金属离子半径增大而增加。同时研究了光学碱度对Er3+掺杂碱金属/碱土金属锗酸盐玻璃的上转换发光性质的影响。通过改变碱/碱土金属离子种类及离子浓度，调控基质玻璃的光学碱度。研究结果表明，随着碱/碱土金属离子半径及离子浓度的增加，基质光学碱度增加。在980nm激光激发下，随着光学碱度增加，红绿上转换的2H11/2，4S3/2，4F9/2能级粒子布居数降低，Er3+掺杂碱金属/碱土金属锗酸盐玻璃的红绿上转换的发光强度降低。另一方面，光学碱度增加，玻璃基质共价性降低，Er3+离子受周围环境的束缚降低，Er3+离子之间的距离增大，能量传递效率降低，导致红色上转换发光强度降低更为明显。本项目主要研究创新点包括以下两个方面：1.研究证实采用光学碱度可对包含稀土离子在内的其他光活性中心的荧光性质进行预测与调控，弥补了Judd-ofelt理论的不足。找到了预测发光中心发光性质的一种普适的方法。2.通过系统研究玻璃光学碱度对稀土离子发光性质的研究，提出预测稀土离子发光过程中跃迁几率的规律，对解释稀土离子上转换发光的Judd-ofelt理论进行了有益的补充。本项目的研究成果可为研发高效发光材料和器件提供技术路线和理论依据。

内容获取失败，请点击重试