稀土掺杂钨酸钙晶体的上转换荧光和测温特性研究

摘要

稀土离子在激光器的制备、荧光防伪标记、组织的荧光成像、大分子蛋白的追踪、上转换光动力治疗、立体三维成像、显示照明、污染源的监测等众多领域都发挥着重要作用。基于稀土离子的荧光强度比测温技术就是其中一个重要的分支，该方法具有高灵敏、快响应等优点，因而吸引了研究人员的注意。但目前在相关研究上还存在着不足：首先，利用劈裂能级对的荧光强度比测温成为近几年的研究热点，但是相应的指标和测温性能研究得不够深入；其次，最近出现了利用稀土离子双峰光谱的谷峰强度比进行测温的方法，但尚未有利用上转换荧光实现的报道，且该方法条件苛刻。这些问题限制了稀土离子荧光强度比测温方法的进一步发展，亟待解决。本文以稀土离子掺杂的钨酸钙为研究对象，在稀土离子劈裂能级测温以及利用稀土离子上转换荧光实现谷峰强度比测温两个方面进行了相关研究。
　　对稀土离子劈裂能级对的测温性能进行了研究。基于Yb3+-Er3+共掺钨酸钙晶体，在980nm近红外激光激发下，获得了Er3+的典型上转换绿色和红色荧光；利用Er3+的4S3/2劈裂能级对、4F9/2劈裂能级对和2H11/2/4S3/2能级对进行了测温研究，获得的最大相对灵敏度分别为0.21％K-1、0.27%K-1和1.15%K-1；通过研究和对比以上三对热耦合能级的测温不确定性，发现利用4S3/2劈裂能级对测温不确定性最大，利用4F9/2劈裂能级对次之，而利用2H11/2/4S3/2热耦合能级对最小。结果表明相对灵敏度越大则测温不确定性越小，因而要想获得较小的测温不确定性必须提高相对灵敏度。
　　对利用稀土离子上转换荧光实现谷峰强度比测温进行了研究。基于 Yb3+-Er3+共掺钨酸钙晶体，在980nm近红外激光激发下，利用Er3+的上转换绿色荧光实现了谷峰强度比方法测温，获得的最大相对灵敏度为0.40%K-1，从而避免了可能的杂散光干扰。同时利用 Er3+的上转换红光波段的双峰光谱结构，也实现了该方法的测温，获得的最大相对灵敏度为0.19%K-1，这极大地拓展了谷峰荧光强度比测温方法的应用范围。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 稀土离子上转换荧光简介

1.2 稀土离子上转换荧光的应用

1.3 稀土离子上转换荧光的测温应用

1.4 稀土离子上转换荧光测温研究现状

1.5 本文研究目的和意义

1.6 本文主要研究内容

第2章 稀土离子上转换发光及实验

2.1 稀土离子上转换发光机理

2.2 稀土离子上转换荧光的影响因素

2.3 样品的制备表征和光谱采集

2.4 本章小结

第3章 热耦合能级对测温研究

3.1 引言

3.2 Er3+的上转换荧光机理研究

3.3 Er3+的 2H11/2和 4S3/2能级对的测温应用

3.4 Er3+的 4S3/2劈裂能级对的测温应用

3.5 Er3+的 4F9/2劈裂能级对的测温应用

3.6 本章小结

第4章 上转换荧光实现谷峰比测温的研究

4.1 引言

4.2 Er3+绿光波段的谷峰比方法的研究

4.3 Er3+红光波段的谷峰比测温研究

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢