稀土离子光谱学与能量传递

1稀土离子的电子组态、光谱项与跃迁的基本原理1 1.1稀土离子的电子组态1 1.2稀土离子的f—f能级跃迁6 1.34fn—4fn15d（f—d）态与电荷转移态6 1.4Ln3 的f—f超灵敏跃迁10 参考文献11 2光的吸收、发射和JuddOfelt理论13 2.1发光和激光13 2.2JO理论简介16 2.3三参量JO公式17 2.4三参量JO公式的应用18 参考文献21 3固体中辐射能量传递23 3.1辐射能量传递的现象及特征23 3.2辐射能量传递实例24 3.3锐4f谱线中辐射能量传递的判断和处理原则26 参考文献27 4无辐射能量传递理论28 4.1概述28 4.2施主（D）受主（A）共振耦合传递机理和IH理论29 4.3激发能的迁移35 4.4交叉弛豫（CR）能量传递和浓度猝灭36 4.5无辐射能量传递理论的实验例证39 4.6多声子无辐射弛豫47 4.7不同类别离子间的能量传递48 参考文献52 5量子剪裁和多步能量传递55 5.1实现量子剪裁可能途径55 5.2多光子串级发射56 5.3多步能量传递的量子剪裁60 5.4Tb3 Dy3 间交叉弛豫量子剪裁61 5.5两步能量传递62 参考文献65 6稀土离子的上转换发光和激光67 6.1概况67 6.2稀土离子上转换发光机制68 6.3上转换激光73 参考文献76 7Ce3 不同晶场环境下的发光、能量传递及应用80 7.1Ce3 的5d态和发光特性80 7.2判断Ce3 占据晶体中格位的方法85 7.3Ce3 激活的氮化物和氮氧化物的结构、发光性能和晶场作用86 7.4Ce3 Tb3 的能量传递89 7.5Ce3 Eu2 的能量传递98 7.6难以发生Ce3 Eu3 高效能量传递的原因99 7.7Ce3 其他三价稀土离子间的能量传递100 7.8Ce3 和Mn2 、Pb2 及Cr3 的能量传递101 7.9Ce3 产生激光和在NIR激光中的作用及MIR吸收光谱105 7.10Ce3 激活的荧光材料的应用107 参考文献112 8Pr3 的光学光谱、发光和激光特性及能量传递117 8.1Pr3 的4f2的Stark能级和4f5d态117 8.2Pr3 的光谱特征120 8.3Pr3 的4f5d态位于1S0能级之上的规律123 8.4Pr3 的4f5d态位于1S0能级之下的规律124 8.5Pr3 的荧光衰减和余辉128 8.6Pr3 的IVCT带130 8.7Pr3 的激光特性131 8.8Pr3 和其他离子的能量传递135 参考文献143 9Nd3 的光学光谱、激光性质及能量传递146 9.1Nd3 的Stark能级和4f25d态位置146 9.2Nd3 的光学光谱和光谱参数152 9.3Nd3 激光概述和特性155 9.4Nd3 的4F3/24I11/2跃迁的1.06μm激光159 9.5Nd3 4F3/24I13/2跃迁的1.35μm激光163 9.6掺Nd3 激光晶体的倍频效应164 9.7高能Nd3 激光玻璃和晶体165 9.8Nd3 与其他离子的能量传递167 9.9小结和建议175 参考文献176 10Sm3 的光学光谱、JO分析参数和能量传递181 10.1Sm3 的光学光谱特性181 10.2Sm3 的诸多光谱参数187 10.3Sm3 的4f能级振子强度f191 10.4Sm3 浓度猝灭和交叉弛豫192 10.5Sm3 上转换发光和Sm3 →Sm3 作用192 10.6RE3 →Sm3 的能量传递194 10.7小结199 参考文献201 11Eu3 的光谱特性、能量传递及在显示照明等应用中的作用204 11.1电荷转移带和4f能级跃迁204 11.2Eu3 的JO分析参数208 11.3Eu3 激活的纳米荧光体210 11.4立方(Y1-xGdx)2O3∶Eu(0＜x≤0.9)新的高效荧光体晶体结构和发光性质214 11.5Eu3 —RE3 其他离子间的能量传递215 11.6类汞离子(Bi3 ,Pb2 )Eu3 的能量传递219 11.7Eu3 激活的发光材料应用221 参考文献224 12Gd3 的发光特性和能量传递228 12.1含Gd3 的发光和激光基质材料及应用228 12.2Gd3 的发光（激活剂）229 12.3能量传递中Gd3 的受主作用230 12.4能量传递中Gd3 的施主作用232 12.5Gd3 的中介体作用236 参考文献239 13Tb3 的激光、JO分析参数、发光特性和能量传递241 13.1Tb3 激光、JO分析参数241 13.2Tb3 的发光及5D3能级的量子剪裁244 13.3Ce3 →Tb3 的能量传递和机制249 13.4Tb3 →Ce3 的能量传递250 13.5Tb3 与其他稀土离子的能量传递256 参考文献259 14Dy3 的JO分析参数、发光、激光及能量传递261 14.1Dy3 的精细光学光谱261 14.2Dy3 的JO理论分析的重要参数263 14.3Dy3 新奇的强而锐的614.5nm发射谱线266 14.4Dy3 的红外发射、NIR和MIR激光及光纤268 14.5Dy3 的上转换发光272 14.6Dy3 可见光发射和黄/蓝发射强度比变化规律273 14.7Dy3 激活的发光材料在现代照明中的应用前景276 14.8Dy3 和其他离子的能量传递277 14.9Dy3 和RE3 共掺杂的IR范围内能量传递及NIRMIR（激光）发射285 参考文献286 15Ho3 的JuddOfelt分析参数、上转换和激光291 15.1概况291 15.2Ho3 的光学光谱和4f能级292 15.3Ho3 的JO理论分析参数293 15.4单掺杂Ho3 体系中Ho3 的上转换荧光297 15.5Ho3 和Yb3 共掺杂体系的可见光上转换300 15.6Ho3 的约2.0μm受激发射305 15.7Ho3 与其他离子的能量传递310 15.8提高（5S2,5F4）→5I8能级跃迁发射的可能办法311 参考文献312 16Er3 的JO分析参数、吸收和发射截面及下转换荧光特性316 16.1Er3 的吸收光谱316 16.2Er3 的JO分析参数317 16.3Er3 的Stark能级322 16.4Er3 的下转换可见光发光323 16.5Er3 的吸收截面和发射截面324 16.6硅酸盐中Er3 强1.5μm发射326 16.7Yb3 敏化Er3 的1.50μm发射330 参考文献332 17Er3 的上转换可见光发光334 17.1单掺Er3 的上转换可见光发射及其机制334 17.2Yb3 敏化Er3 的可见光上转换和能量传递337 17.3基质晶格、掺杂剂等因素对Er3 的光谱性质影响347 17.4提高Er3 上转换可见光发射拙见354 参考文献355 18Er3 的激光材料和性能、发光和激光材料应用358 18.1Er3 的上转换可见激光358 18.21.5μm Er3 的NIR激光359 18.3Er3 的中红外(MIR)2.7～3.0μm激光369 18.4Er3 掺杂的发光和激光材料应用376 参考文献379 19.1Tm3 的光谱特性和JO参数383 19.2Tm3 与其他离子的能量传递389 19.3Tm3 的上转换发光395 19.4Tm3 的上转换激光400 19.5Tm3 的1.75～2.3μm的光谱和激光性质400 19.6Tm3 光子制冷和更精准的锶光学晶格钟407 参考文献408 20.1Yb3 的光学光谱特性412 20.2Yb3 的电荷转移态(CTS)或电荷转移带(CTB)414 20.3Yb3 的电荷转移态(CTS)和闪烁体415 20.4Yb3 激光416 20.5Yb3 和其他离子的能量传递425 参考文献429 21Eu2 的4f6(7FJ)5d′电子组态结构和发光光谱特征434 21.1Eu2 的电子组态特征434 21.2Eu2 的吸收和发射光谱特征435 21.3Eu2 *低5d态的能量位置判定和Eu离子价态440 21.4稀土离子的f—d和f—f能级跃迁性质比较443 参考文献444 22Eu2 激活的稀土发光材料及应用原理446 22.1Eu2 激活的灯用蓝色铝酸盐荧光体446 22.2BAM∶Eu,Mn荧光粉发光性能在线监测448 22.3高效Eu2 激活的氯硅酸盐449 22.4Eu2 激活的蓄光型长余辉荧光体和EuAl2O4荧光体453 22.5碱土金属硫化物MS∶Eu2 (M=Ca,Sr,Ba)及其发展史455 22.6电子俘获光储存光探测材料458 22.7白光LED照明用Eu2 激活的荧光体466 22.8Eu2 激活的硅酸盐发光和特性472 22.9Eu2 激发的多元硫化物发光和特性473 22.10Eu2 、Ce3 激活的MI2（M=Sr，Ba，Ca）碘化物闪烁体476 22.11Eu2 和其他金属离子的能量传递476 参考文献477 23其他二价稀土离子的发光光谱485 23.1概况485 23.2Sm2 的电子组态和光谱性质486 23.3Yb2 的电子组态和光谱性质492 23.4Sm2 的激光性质497 23.5其他二价重稀土离子的光谱和激光性质498 参考文献498 24.1发光材料及应用501 24.2固体激光世纪发展简要回顾504 24.3挑战507 24.4发展展望508 参考文献514