稀土掺杂上转换发光材料的研究进展(2)

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稀土上转换发光的实质是反Stokes发光，这种材料吸收光子的能量低却能发出较高能量的光子，即稀土上转换发光材料通过某种光激发，能够发射出比激发光波长更短的光。

用于稀土材料上转换发光的介质一般为晶体或玻璃态物质，稀土离子经过激发态吸收或能量传递被激发到一个比泵浦光子能量更高的能级，向下跃迁从而发射出上转换荧光[2, 3]。

1959年，研究人员通过红外光激发多晶ZnS，第一次发现了上转换发光现象。三年后，再次于硒化物中发现上转换发光。1966年，Auzel关于钨酸镱钠玻璃的实验表明，当基质材料中掺入了Yb3+时，于红外光下Er3+、Ho3+和Tm3+其发光的效率明显增加，由此“上转换发光”的概念就被正式的提出了[4, 5]。自稀土掺杂上转换发光现象于众多研究中被陆续发现，60-70年代间，研究人员就它的机制开始了更为细致的探究。80年代初期，闪光灯泵浦的上转换激光得以实现-优尔`文;论"文'网www.youerw.com，第一次掀起了研究的热潮，但由于合成方法和泵浦源能量方面尚不成熟，其发展未能深入下去。掀起研制上转换激光器第二次研究热潮的时期是80年代后期，这一时期出现了红外大功率二极管激光器。据1986年的相关报道，Ti宝石激光器泵浦的上转换激光器它的输出功率已有1W，半导体二极管激光器泵浦的上转换激光器其输出功率有100mW[6]。但上转换发光也有其自身的缺陷。由于上转换效率无法提高，加之短波长半导体激光器出现，这些因素皆阻碍了上转换激光进一步发展。最近几年论文网，生命科学研究受到世界各国的重视，生物检测、药物靶标也渐渐得到关注[7- 11]。

本文就当前稀土掺杂上转换发光材料的研究近况进行总结，主要对发光机制，机理以及原料的制备，分类，应用，存在的问题等进行简单的总结。

1 稀土掺杂上转换发光机制

稀土元素4f 电子层的跃迁是稀土掺杂离子上转换发光的基础。上转换发光进程一般分为三类：激发态吸收（ESA），能量转移（ET）以及光子雪崩（PA）。

1.1 激发态吸收（ESA）

在上转换发光进程里最常见的就是激发态吸收。其原理如图1所示：基态E1上的离子要跃迁到亚稳态的E2上，需要接收某个具有Φ1能量的光子。若光子振动能恰和E2、E3能级的能量达到间隔匹配的要求，则此离子能够接收这个光子的能量而从E2向上跃迁到激发态E3上，产生双光子的吸收。若达到能量匹配，此离子或许会从E3能级向上跃迁到更高激发态能级，产生三、四等等光子吸收[4]。当高能态电子折返基态时，产生大于V2或V1的光子频率V3，产生上转换现象。