稀土离子掺杂磷酸盐晶体生长、荧光粉制备及发光性能研究

• 作 者: 冯圆权
• 出 处: 青岛大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 稀土磷酸盐 晶体生长 荧光粉 激光输出 光致发光

稀土磷酸盐基发光材料具有优良的化学稳定性和热稳定性,在较高温度下不会发生温度猝灭,并且因其独特的结构可以进行高浓度稀土离子掺杂而不引起晶格结构的过度畸变,是一种重要的基质材料。本文以焦磷酸铅（Pb₂P₂O₇）为助熔剂,采用高温溶液法生长出最大尺寸约为12.5×4.5×0.2 mm³的Yb:YPO₄单晶,Yb³⁺的掺杂浓度为5 at.%。利用长度为2 mm的平行平面谐振腔实现了高效的连续波激光运转,在最佳输出耦合透过率为T=1%的情况下,测得连续波激光的最大输出功率、斜率效率和光‐光转化效率分别为1.71 W、44.3%和39.6%。以二维材料MoS₂作为可饱和吸收体,首次在4 mm的平行平面谐振腔中实现被动调Q脉冲输出,在输出耦合透过率为T=5%的条件下,脉冲激光的输出功率为0.29 W,斜率效率为11.2%,脉冲重复频率为856 kHz。并测量了被动调Q脉冲激光的脉冲能量、脉冲宽度和峰值功率分别为0.33μJ、77 ns和4.29 W。通过化学共沉淀法合成了一系列Gd（P_yV1-_y）O₄:x at.%Tm³⁺（x=1,2,3,4,5;y=0,0.1,0.3,0.5,0.7,0.9,1）荧光粉。当y=1,即基质材料为纯的GdPO₄时,荧光粉表现为单斜相结构;当y=0.9,即基质中VO₄^3-和PO₄^3-的比例为1:9时,开始有不纯相出现;当y≤0.7,即VO₄^3-和PO₄^3-的比例超过3:7时,样品表现为四方相结构。通过样品的发射光谱强度和发光色纯度,确定出最佳PO₄^3-和VO₄^3-的掺杂比例为1:9,并且以Gd(P_0.1V_0.9)O₄作为基质,继续探索了不同浓度的Tm³⁺对荧光粉发光性能的影响,得到Tm³⁺的最佳掺杂浓度为2 at.%,研究了其浓度猝灭机理为偶极‐偶极相互作用。通过高温固相法制备了一系列K₃Gd（PO₄）₂:x at.%Eu³⁺,y at.%Bi³⁺（x=1,2,3,4,5,6,7;y=2,4,6,8,10,20）荧光粉。Eu:K₃Gd（PO₄）₂荧光粉表现为与K₃Gd（PO₄）₂相同的单斜相结构。在K₃Gd（PO₄）₂基质中,Eu³⁺离子的磁偶极跃迁发射占据优势,最佳掺杂浓度为6 at.%。Bi³⁺离子的掺杂使发射光谱强度有所降低,但是激发光谱的强度和范围大幅增加。通过调节Bi³⁺和Eu³⁺的掺杂比例,荧光粉的发光颜色可以实现从橙红光到白光范围的变化。