基于镧系元素的上转换材料的光谱及寿命特性检测

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基于镧系元素的上转换材料的光谱及寿命特性检测 简介 基于镧系元素的上转换材料具有独特的光学性能，适用于从生物成像到数据存储，甚至固态照明的各种应用。它们具有通过非线性多光子以较低能量激发而产生紫外至近红外(UV-NIR) 发射的能力。无机晶体(例如Y2O3， NaYF4和LaF3)可以掺杂单个或多个镧系元素离子，这些离子在红外激光激发下会产生 UV-NIR 上转换的发射。 通常，上转换的 UV-NIR 发射是由 980 nm 激光激发 Yb 离子产生的，随后的f能级能量转移和晶体内电子声子耦合到其他镧系元素(例如 Er， Ho或 Tm) 产生较高能量的发射性f能态。由于发射光谱和相关的寿命与晶体构成，镧系元素，激光激光密度以及相位有关，因此需要一种高度灵敏，精密的仪器来录准确和可重复的数据。 图1：FS5荧光光谱义 方法与材料 上转换材料的光谱和寿命特性可以很容易地在标准配置的爱丁堡仪器 (EdinburghInstruments)的FS5荧光光谱仪上进行测量，该荧光计配备可以连续和脉冲模式的980 nm 激光器。为了进行寿命测量，激光信号由专门设计的 PM-1脉冲控制盒进行控制，该控制盒进一步方便了最终用户控制激光脉冲宽度(从3ps-350us不等)。荧光衰减的记录是通过多通道缩放模式 (MCS)与标准的集成电子设备一起完成的。 结果与讨论 对NaY0.77Ybo.20Ero.03F4进行光谱和寿命测量，将粉末置于可拆卸的石英夹片中，该夹片可用于前面板支架 (SC-10)， 用于粉末和薄膜测试。 上转换发光材料的时间分辨衰减曲线可用于帮助区分激发态吸收(ESA)过程和能量上转换(ETU)过程，以及上转换机制的相关速率和效率。 ESA 过程在激发脉冲内立即在单个离子内发生，而ETU可以在脉冲后持续较长的时间。 因此， ESA 上转换表现出与直接激发相似的指数行为，而 ETU 动力学上表现出明显的上升时间和非指数行为。 Wavelength/nm 图2：NaY0.77Ybo.20Ero.03F4的上转换发射光谱。测量参数：激光功率， 20mW；发射狭缝=0.1 nm 步长=0.2nm；积分时间 0.2 s。插图显示了光谱在500nm-570nm 范围内的光谱。 图3：在408nm (蓝色)，541nm(绿色)和654nm(红色)处监控的发光衰减曲线。测量参数：激光功率：85mW；激光脉冲宽度：30 us， 时间校准：2.5 us， 峰值测量为2，000计数。插图显示了使用尾部拟合对每个衰减结果的分析。 图3显示了NaY0.77Ybo.20Ero.03F4在 980 nm 脉冲激发下在408 nm (2H9/2-415/2)， 541nm (4S3/2一4l15/2)和654 nm (4F9/2-4l15/2)发射峰寿命的情况，总结如下：表1。。所有这三个寿命曲线都显示出初始的上升，然后是衰减，最高的能量状态表现出最快的上升和下降速率，而最低的能量状态表现出最慢的动力学。。这很明显是由于多个能量和交叉弛豫过程导致的低能量状态比高能量状态具有更长的寿命，也证实了基于微秒上升时间寸 ETU 过程是可信赖的。 表1：NaY0.77Ybo.20Ero.03F4在980 nm 脉冲激光器激发下在408 nm (2H9/2-4|15/2)，541nm (4S3/2-4l15/2)和654 nm (4F9/2-415/2)发射峰寿命的情况， 总结 配备980nm 激光和 PM-1脉冲控制盒的 FS5 荧光光谱仪提供了一种紧凑，简单，精确且可靠的工具，可轻松操作以获取基于镧系元素的上转换材料的光谱和寿命特性。 基于镧系元素的上转换材料具有独特的光学性能，适用于从生物成像到数据存储，甚至固态照明的各种应用。它们具有通过非线性多光子以较低能量激发而产生紫外至近红外（UV-NIR）发射的能力。无机晶体（例如Y2O3，NaYF4和LaF3）可以掺杂单个或多个镧系元素离子，这些离子在红外激光激发下会产生UV-NIR上转换的发射。通常，上转换的UV-NIR发射是由980 nm激光激发Yb离子产生的，随后的f能级能量转移和晶体内电子声子耦合到其他镧系元素（例如Er，Ho或Tm）产生较高能量的发射性f能态。由于发射光谱和相关的寿命与晶体构成，镧系元素，激光激光密度以及相位有关，因此需要一种高度灵敏，精密的仪器来录准确和可重复的数据。