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1、VUV光子的量子剪裁,施朝淑国家同步辐射实验室，物理系中国科学技术大学,什么是量子剪裁？(Quantum Cutting),能量下转换（Downconversion）吸收 一个高能光子(VUV)发射 两个低能光子（UV-VIS）,上转换（Upconversion）吸收两个低能光子（IR）发射一个高能光子（VIS）（白炽灯中的IR VIS）,上转换示意图,YF3:Yb,Er,YF3:Yb,Tb,下转换概念的示意图。I和II是两种不同类型的稀土离子。I是发生量子剪裁的离子，II是接受能量传递的离子。A：单个离子上连续发射两个可见光光子的量子剪裁过程；B，C，D：两种离子间有能量传递发生的下转换量子
2、剪裁（和为能量传递过程）。,YF3:Pr3+中的量子剪裁,1974年W.W.Piper和J.L.Sommerdjik等报道了YF3:Pr3+中的量子剪裁过程 Pr3+:4f5d 185nm吸收一个407nm的蓝光光子（1S01I6）和一个620nm的红光光子（3P03FJ）量子效率达到140%。但由于407nm发射接近紫外，不利于显色，YF3:Pr3+没有获得使用价值。,620,3FJ,研究意义：应用绿色照明（无汞荧光灯）等离子体平板显示（Plasma Display Panel,PDP）理论扩展稀土离子Dieke能级图 40000cm-1 50000cm-1 68000cm-1 60年代（实
3、验）理论计算 99年以后VUV研究,两种水银荧光灯及两只白炽灯,水银荧光灯相对白炽灯具有节能和使用寿命长的特点，但汞蒸汽污染环境，危害健康。无汞荧光灯利用惰性气体放电（如Xe,172nm）来激发发光材料。,对水银荧光灯，汞蒸汽的激发主要在254nm，如果取可见光平均波长在500nm，而荧光粉量子效率为100%，则能量转换效率为51%，而无汞荧光灯的能量转换效率为34%，因而要使无汞荧光灯具有竞争力，就应开发量子效率大于100%的VUV激发可见光量子剪裁效率。,PDP中一个像素单元的成象原理,VUV激发量子剪裁材料研究现状荷兰:R.T.Wegh等人，A.Meijerink小组，Debye Ins
4、titute芬兰:R.J.Lamminmki等，Univ.of Turku(YLiF4:Gd)德国:C.Feldmann等，Philip Research Lab(Aachen)印度:A.Kumar等，Banaras Hindu Univ.(氟硼酸盐玻璃中Gd3+的发光)日本：Kodama等，秋田大学（氟化物）中国：中科大，北大，北交大,Gd3+-Eu3+间下转换量子剪裁过程示意图,LiGdF4:Eu3+(0.5mol%)中Gd3+被激发到6GJ态（202nm激发）所产生的发射谱（曲线a）与Gd3+被激发到6IJ态（273nm激发）所产生的发射谱（曲线b）。（对来自5D1的发射做了归一）,Li
5、GdF4:Eu3+(0.5mol%)中监测Eu3+的5D07F2发射（614nm）所得的激发谱（曲线a）与是监测Eu3+的5D17F2发射（554 nm）所得的激发谱（曲线b），两条激发谱相对8S7/26IJ激发峰强度做了归一。,1999年，R.T.Wegh等在Science上报导了LiGdF4:Eu3+的量子剪裁,PCR：交叉弛豫的几率，PDT：从Gd3+向Eu3+直接能量传递的几率，下标6GJ或6IJ指出比值R所对应的激发。,R.T.Wegh等利用上式计算了LiGdF4:Eu3+的量子剪裁效率为90%，因而其量子效率可达190%。,Er3+-Gd3+-Tb3+体系的量子剪裁过程示意图。,荷
6、兰的R.T.Wegh等利用德国DESY同步辐射装置对稀土离子VUV波段的激发谱做了细致研究，并对比理论计算对VUV谱区4f能级的预测，成功地将Dieke图扩展到了70000cm-1的能量范围。他们选择高纯LiYF4作为稀土掺杂的基质，因为在这种氟化物晶格中，有可能与稀土离子高能区的4fn能级相互干扰的4fn-15d和电荷迁移态（CTS）能级都处于尽可能高的能区，故与4fn能级易于区分开来，更便于理论与实验上对能级的指认研究。,扩展Dieke图,BaF2:Gd3+,Eu3+,The excited spectrum of BaF2:Eu,Gd with the emission waveleng
7、th of 595nm,The emission spectra of BaF2:Eu,Gd with the excited wavelength of 202,274nm,新型量子剪裁材料（氧化物）探索,“Gd-Eu”对：Gd2SiO5:Eu3+，GdPO4:Eu3+，GdBO3:Eu3+“Pr-Mn”对：SrB6O10:Pr,Mn,SrAl12O19:Pr,Mn将量子剪裁材料的基质从氟化物扩展到氧化物：大部分含氧酸盐相对氟化物制备简单，因而成本低廉；氧化物相对氟化物具有更高的发光效率（能带结构所决定）。,Gd2SiO5:Eu3+（0.3 mol%）中Eu3+的614nm发射的激发谱（用日
8、立850型荧光分光计测得）,Gd2SiO5:Eu3+和纯Gd2SiO5的激发谱。(a)Gd2SiO5样品588nm发射的激发谱；(b)Gd2SiO5:Eu3+样品614nm发射的激发谱。（在BSRF测得）,(a)纯Gd2SiO5,(b)Gd2SiO5:Eu3+,Gd2SiO5:Eu3+(0.3%)中Eu3+-615nm 发射的激发谱（10 K，296 K）。德国HASYLAB结果,（a）70nm激发的发射谱,（b）218nm激发的发射谱,（c）258nm激发的发射谱,不同波长激发的Gd2SiO5:Eu3+发射谱,Gd2SiO5:Eu3+(0.3%)不同波长(189，215，275 nm)激发下
9、的发射谱,RT,7.5 K,PCR：交叉弛豫的几率，PDT：从Gd3+向Eu3+直接能量传递的几率，下标6GJ或6IJ指出比值R所对应的激发。GSO:Eu交叉弛豫的几率为86%，186nm激发的量子效率可达186%,GdPO4:Eu3+(1%)监测597 nm 发射的激发谱（室温）,GdPO4:Eu3+(1%)在274 nm 和242 nm 波长激发下的发射谱（室温）,GdBO3:Eu3+(1%)监测595 nm发射的激发谱（室温）,GdBO3:Eu3+(1%)在275 nm和221 nm波长激发下的发射谱（室温）,“Pr-Mn”离子对,SrB6O10:Mn2+(5 mol%)光致发光激发谱
10、em=515 nm,SrB6O10:Mn2+(5 mol%)的量子剪裁,SrB6O10:Pr3+(3 mol%)的光致发光发射谱ex=210 nm,SrB6O10:Pr3+(3 mol%),Mn2+(5 mol%)的光致发光发射谱 ex=210 nm,600 nm,SrB6O10:Pr,Mn中的双光子发射：Mn512 nm发射，Pr600 nm发射,结论：在VUV（200nm）激发下的可见光区的双光子发射量子效率可达190%已在稀土掺杂氟化物中实现（GdLiF4:Eu,GdF3:Eu,BaF2:Gd,Eu等）高量子效率今后重点要发展在氧化物基质中的量子剪裁材料，因为氧化物的发光效率高于氟化物，是其能带结构所决定。已在铝酸盐、硼酸盐中发现具有双光子发射的现象。,谢 谢！,
