[发明专利]一种多波长激光低功率激发的二氧化钛基质上转换发光材料

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种在二氧化钛基质中掺杂烯土离子的上转换发光材料，该上转换发光材料能被波长为1064nm的激光在8mw低功率条件下激发，属于光功能材料技术领域。

 

背景技术

上转换发光材料主要应用领域有全固态紧凑型激光器件、上转换荧光粉、三维立体显示、光学储存材料等，因此其在国民经济和国防建设中具有巨大的应用价值。

上转换发光材料由两部分组成，即基质和激活剂。激活剂绝大多数为稀土离子。这与稀土元素特殊的能级结构是分不开的。基质是上转换材料的重要部分。基质材料虽然一般不构成激光能级，但能为激活离子提供合适的晶体场，使其产生合适的发射，因此基质材料对上转换发光效率有着很大的影响。选择基质材料主要考虑以下三个方面：声子能量低、稀土离子掺杂浓度高、稳定性好等。上转换材料的基质，主要有氟化物、氯化物、氧化物等。氟化物基质材料优于氯化物，但其具有制备复杂、成本高、环境要求严、难于集成等缺点。这些缺点极大的限制了以氟化物为基质的上转换材料的应用，尤其是进行大规模工业化生产。也正是由于这些缺点的限制，使人们把更多的注意力转移到了以氧化物为基质的上转换材料的研究。氧化物基上转换材料具有制备工艺简单、环境条件要求较低的优点。这些优点使得在常态下研究和生产上转换材料成为可能，因此受到了广泛的关注。

目前的研究普遍选择原料丰富、易于制备的TiO₂为上转换材料基质，它具有好的热稳定性和化学稳定性(其熔点高达1830℃)、能够抵御各种酸碱的腐蚀；带隙宽(金红石相为3.0eV，锐钛矿相为3.2eV)、折射系数高(锐钛矿2.52，金红石2.76)；而且声子能量为639cm^-1，在可见光区的透光性好。但国内的研究报道中都选择以808nm、980 nm为激光激发TiO₂基质掺杂稀土离子进行研究，如：Bahtat等采用溶胶—凝胶法在硼硅基玻璃基片上制备了厚度约为80nm的TiO₂:Er³⁺平面光波导薄膜，用800nm的钛蓝宝石激光器泵浦，在243K温度下获得了波长为410、525、548和660nm的蓝、红、绿三基色的上转换发光。2003年Patra等人制备的TiO₂:Er³⁺纳米晶粉末，在975nm泵浦下，Er³⁺发射出绿色和红色上转换发光。2007年，王晓乐制备的TiO₂:Yb³⁺,Er³⁺上转换发光粉，在980nm LD泵浦下，获得了526nm、547nm的绿光和659nm的红色上转换发光；并以TiCl₄为前躯体制备了掺杂Li⁺的金红石相TiO₂:Yb³⁺,Ho³⁺上转换发光粉，在980nmLD泵浦下，获得了543nm(绿光)、653nm(红光)和757nm(近红外光)的上转换发光。于辉等采用溶胶--凝胶法制备了掺杂稀土离子Er³⁺及Er³⁺/Yb³⁺的TiO₂纳米晶体，考察了样品在980 nm激发光源作用下不同的稀土离子掺杂量、不同的焙烧温度、不同的激发温度等对上转换发光特性的影响。吴长锋等采用高温固相反应制备样品，研究TiO₂:Mo体系的光子雪崩上转换，在978nm激光激发下Mo掺杂的TiO₂材料表现出很强的宽带上转换发光特性。

在现有的研究中，以二氧化钛为基质的上转换发光材料激光激发的波长通常为808nm和980 nm，未有涉及1064nm波长的。同时，980nm激光泵浦功率较高（50mw左右），难以达到实际应用水平，仅限于理论研究。

 

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种不但能被波长为980 nm激光在8mw低功率条件下激发，而且也能被波长为1064nm的激光在8mw低功率条件下激发的二氧化钛基质上转换发光材料。

本发明的目的是这样实现的：一种多波长激光低功率激发的二氧化钛基质上转换发光材料，它由如下方法制备而成：

（1）按如下质量份备料：氧化钛59～60；氧化镧30～35；氧化镱8～10；氧化铒1～1.5；

（2）将备好的料混合均匀后在真空干燥箱中90℃~100℃条件下干燥2~3小时；