[发明专利]一种上转换发光材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光材料，特别涉及一种上转换发光材料及其制备，属于无机发光材料技术领域。

背景技术

上转换材料的特点是所吸收的光子能量低于发射的光子能量，这种现象违背斯托克斯Stokes定律，因此又称为反Stokes定律发光材料。

上转换材料中常见的是一种在红外光激发下能发出可见光的荧光材料，即将红外光转换成可见光的材料，其上转换效应使人眼不可见的红外变为可见光，主要是对近红外光的转换，这一特性对红外探测技术的发展具有重要意义。随着信息处理、高密度数据存储、海底通信、大屏幕视频显示、检测及其激光医疗等领域的迅速发展，越来越需要效率高、性能好的可见光波长的激光光源。在固体激光器中欲获得可见光波长的激光输出，主要有以下三种方法：一是利用宽禁带半导体材料直接制作半导体激光器；二是利用非线性频率变换技术对固体激光进行倍频；三是利用上转换技术在掺稀土的晶体或玻璃中实现可见波长激光输出。

上转换发光与其他发光方法相比具有以下优点：可以有效降低光致电离作用引起基质材料的衰退；不需要严格的相位匹配，对激发波长的稳定性要求不高；输出波长具有一定的可调谐性；更有利于小型可见和紫外波段全固体激光器的发展等。近年来，上转换材料作为红外光的显示材料，已达到了实用化的水平，如军用夜视镜材料、红外量子级数器或发光二极管材料，可用于工业和国防建设。

在上转换发光材料中，稀土离子上转换发光材料具有能有效降低光致电离作用引起基质材料的衰退、输出波长具有一定的可调谐性等优点，而备受关注。目前，已经报导了大量稀土离子掺杂材料的上转换发光现象，其中，由于铒离子Er³⁺的⁴I_9/2和⁴I_11/2能够很容易地被800nm和980nm半导体激光器所激发，所以，对铒离子Er³⁺的上转换发光现象研究得比较多。

选择合适的基质材料，可以极大地提高上转换发光效率。目前使用的基质材料主要有氟化物或氟氧化物基质。例如，J. L. Sommerdijk等人于1974年在Philips Techno. Rev. 34:24报道了YF₃:Yb³⁺，Er³⁺，La₂O₃：Yb³⁺，Er³⁺体系的上转换发光现象；E. W. J. L. Oomen于1991年在Adv. Mater. 3:403上面报道了铥离子Tm³⁺和铒离子Er³⁺在ZBLAN玻璃中的上转换发光现象。氟化物或氟氧化物基质由于其吸湿性强、化学稳定性差、机械强度差、抗激光损伤阀值低、热稳定性差、不易制备的缺点限制了它们的实际应用。然而，对于稀土离子掺杂的铌酸盐和钽酸盐上转换发光材料的研究很少。铌酸盐和钽酸盐基质具有优异的激光特性，是一种潜在的优良的上转换发光基质材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种化学纯度高，发光质量好，且制备工艺简单、无污染的上转换发光材料及其制备方法。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是提供一种上转换发光材料，它以铌酸盐、钽酸盐为基质，稀土铒离子Er³⁺作为激活离子，其化学式为R_1-xEr_xCaM₃O₁₀，其中，R为稀土离子镧离子La³⁺、钆离子Gd³⁺、及钇离子Y³⁺中的至少一种；M是铌离子Nb⁵⁺和钽离子Ta⁵⁺中的至少一种；x为铒离子Er³⁺掺杂的摩尔百分数，0.00001≤x≤1.0；所述的上转换发光材料，在980纳米的红外激光泵浦下，发出555nm附近的绿光和670nm附近的红光。

上述上转换发光材料的制备方法，包括如下步骤：