Crystal Growth, Spectral Properties and Energy Transfer Mechanisms of Sr₃Gd（BO₃）₃∶Dy³⁺/RE³⁺（RE=Tb, Eu） Crystals Enhanced Publication

Sr 3 Gd（BO 3 ） 3 ∶Dy 3+ / RE 3+ （ RE =Tb, Eu）晶体的生长、发光性质及能量传递 Crystal Growth, Spectral Properties and Energy Transfer Mechanisms of Sr 3 Gd（BO 3 ） 3 ∶Dy 3+ / RE 3+ （ RE =Tb, Eu） Crystals 1 2 3 first-author 方高阳（1995-），男，江西赣州人，硕士研究生，2019年于南昌航空大学获得学士学位，主要从事激光晶体的研究。 E-mail： fanggaoyang@fjirsm.ac.cn http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=37598637&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=37598649&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=37598642&type= 24.89202881 29.88732910 方高阳 （1995-），男，江西赣州人，硕士研究生，2019年于南昌航空大学获得学士学位，主要从事激光晶体的研究。 E-mail： fanggaoyang@fjirsm.ac.cn fanggaoyang@fjirsm.ac.cn 1 3 1 3 1 3 1 3 1 3 corresp E‑mail： Tcy@fjirsm.ac.cn E‑mail： Tcy@fjirsm.ac.cn 涂朝阳（1963-），男，福建福州人，博士，研究员，博士生导师，2003年于中国科学院福建物质结构研究所获得博士学位，主要从事激光晶体和非线性光学晶体新材料的探索研究。 E-mail： Tcy@fjirsm.ac.cn http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=37598654&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=37598663&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=37598659&type= 24.89202881 29.88732910 涂朝阳 （1963-），男，福建福州人，博士，研究员，博士生导师，2003年于中国科学院福建物质结构研究所获得博士学位，主要从事激光晶体和非线性光学晶体新材料的探索研究。 E-mail： Tcy@fjirsm.ac.cn Tcy@fjirsm.ac.cn 中国科学院福建物质结构研究所 光电子材料化学与物理重点实验室， 福建 福州　350002 中国科学院福建物质结构研究所 光电子材料化学与物理重点实验室， 福建 福州　350002 Key Laboratory of Optoelectronic Materials Chemistry and Physics， Fujian Institute of Research on The Structure of Matter， Chinese Academy of Sciences， Fuzhou 350002， China Key Laboratory of Optoelectronic Materials Chemistry and Physics， Fujian Institute of Research on The Structure of Matter， Chinese Academy of Sciences， Fuzhou 350002， China 福州大学 化学学院， 福建 福州　350108 福州大学 化学学院， 福建 福州　350108 College of Chemistry， Fuzhou University， Fuzhou 350108， China College of Chemistry， Fuzhou University， Fuzhou 350108， China 中国福建光电信息科学与技术创新实验室（闽都创新实验室）， 福建 福州　350108 中国福建光电信息科学与技术创新实验室（闽都创新实验室）， 福建 福州　350108 Fujian Science & Technology Innovation Laboratory for Optoelectronic Information of China （Mindu Innovation Laboratory）， Fuzhou 350108， China Fujian Science & Technology Innovation Laboratory for Optoelectronic Information of China （Mindu Innovation Laboratory）， Fuzhou 350108， China 黄光激光在医疗美容、原子冷却与捕获、激光雷达等领域具有潜在的应用前景，因此，黄光激光器的研究具有重要意义。Dy 3+ 因其 4 F 9/2 → 6 H 13/2 辐射跃迁而成为黄光激光的最佳激活离子，但是其在可见光波段为自旋禁戒跃迁，导致其吸收截面和发射截面都很小，从而引起黄光激光输出困难。本文通过提拉法成功生长了Dy 3+ ∶Sr 3 Gd（BO 3 ） 3 （缩写Dy 3+ ∶SGB）、Dy 3+ /Tb 3+ ∶SGB和Dy 3+ /Eu 3+ ∶SGB晶体，通过室温偏振吸收谱、发射谱、荧光衰减曲线以及Judd-Ofelt理论计算分析了其光谱性能和能量传递机制。研究表明，共掺Tb 3+ 和Eu 3+ 增大了Dy 3+ 在黄光波段的发射截面和荧光量子效率，有利于Dy 3+ 的黄光输出。此外，证明了Dy 3+ /Tb 3+ ∶SGB晶体中发生了Dy 3+ 和Tb 3+ 之间相互能量传递过程，Dy 3+ /Eu 3+ ∶SGB晶体中仅有Dy 3+ →Eu 3+ 的能量传递过程。 The yellow lasers are of great importance as they have potential applications in the areas such as medical aesthetics， atomic cooling and trapping， and radar. Dy 3+ is the best activating ion for yellow lasers due to its 4 F 9/2 → 6 H 13/2 radiative transition， but its spin-forbidden transition in the visible wavelength leads to a small absorption and emission cross section， which causes difficulties in yellow laser output. In this paper， Dy 3+ ∶Sr 3 Gd（BO 3 ） 3 （abbreviation Dy 3+ ∶SGB）， Dy 3+ /Tb 3+ ∶SGB and Dy 3+ /Eu 3+ ∶SGB crystals were successfully grown by the Czochralski method， and their spectral properties and energy transfer mechanisms were analyzed by room-temperature polarization absorption spectra， emission spectra， fluorescence decay curves and Judd-Ofelt theoretical calculations. It is shown that the co-dopant of Tb 3+ and Eu 3+ increases the emission cross section and fluorescence quantum efficiency of Dy 3+ in the yellow emission band， which is favorable to the yellow laser output of Dy 3+ . In addition， it is demonstrated that a mutual energy transfer process between Dy 3+ and Tb 3+ occurs in Dy 3+ /Tb 3+ ∶SGB crystals and only Dy 3+ →Eu 3+ in Dy 3+ /Eu 3+ ∶SGB crystals. Sr 3 Gd（BO 3 ） 3 Dy 3+ 黄光 光谱性能 能量传递 Sr 3 Gd（BO 3 ） 3 Dy 3+ yellow emission spectral properties energy transfer 1　引　　言 1 三价镝离子（Dy 3+ ）具有非常丰富的能级，这使得其可以通过离子间能级的跃迁实现涵盖可见光、近红外、中红外多波段的荧光发射，分别对应于Dy 3+ 中 4 F 9/2 → 6 H 13/2 、 6 H 11/2 → 6 H 15/2 和 6 H 13/2 → 6 H 15/2 三个主要辐射跃迁过程，其中黄光输出正是基于 4 F 9/2 → 6 H 13/2 的荧光发射实现的 [ 1 1 - 5 5 1-5 ] 。由于Dy 3+ 在可见光波段泵浦波长所对应的跃迁均为自旋禁戒跃迁，所以其跃迁几率较小，吸收截面较小，只有 10 -21 cm 2 量级。自旋禁戒跃迁导致Dy 3+ 的发射截面也很小，同样只有10 -21 cm 2 量级 [ 6 6 ] 。由于吸收截面和发射截面很小，其激光输出所需要的晶体尺寸就要更大，同时也需要更大功率的泵浦源，这极大地限制了Dy 3+ 黄光激光器的发展。Limpert等在2000年使用Dy 3+ ∶ZBLAN玻璃纤维在457 nm氩离子激光器泵浦下，实现了478 nm的蓝光激光输出和575 nm的黄光激光输出，输出功率为毫瓦级 [ 7 7 ] 。同年，Kaminskii等报道了在低温氮气条件下通过氙灯泵浦掺杂Dy 3+ 的单斜晶体KY（WO 4 ） 2 和KGd‐（WO 4 ） 2 ，首次实现了Dy 3+ 的脉冲黄光激光输出 [ 8 8 ] 。近年来，大功率InGaN半导体激光器的相继问世打破了这种局面，使直接泵浦Dy 3+ 掺杂的激光介质产生黄光激光成为可能 [ 9 9 ] 。Dy 3+ 在InGaN半导体激光器激发后，粒子从基态 6 H 15/2 能级跃迁至 4 I 15/2 能级，但是 4 I 15/2 是亚稳态能级，除了极小部分经 4 I 15/2 → 6 H 13/2 的跃迁外（490 nm左右），粒子将经过振动弛豫至 4 F 9/2 能级，然后产生 4 F 9/2 能级到 6 H 15/2 、 6 H 13/2 、 6 H 11/2 以及 6 H 9/2 + 6 F 11/2 能级的辐射跃迁，分别发射蓝光、黄光、橙光、红光。Dy 3+ 能同时发射蓝光和黄光，通过调节其黄蓝比和使用不同泵浦源可以实现白光发射 [ 10 10 - 16 16 10-16 ] 。此外，共掺其他稀土离子（如Tb 3+ 、Eu 3+ 、Tm 3+ 等） [ 17 17 - 22 22 17-22 ] 也可以得到白光发射。除了制备白光LED，Dy 3+ 的黄光激光近年来也成为了一个研究热点 [ 23 23 ] 。2012年，Bowman报道了第一例二极管泵浦Dy 3+ 掺杂YAG晶体的黄光输出，平均功率为150 mW [ 24 24 ] 。2013年，Metz团队报道了蓝光LDs泵浦Dy∶LiLuF 4 晶体实现能量为7 mW、斜率效率为4%的黄光输出，光光转换效率达71% [ 25 25 ] 。2014年，Giacomo等以Tb 3+ 作为Dy 3+ 的退激活离子，在InGaN泵浦的Dy,Tb∶LiLuF 4 晶体中得到了55 mW的黄光激光输出，斜率效率为13.4% [ 26 26 ] 。在国内，鞠乔俊等在2017年报道了利用447.3 nm的蓝光LD泵浦Dy∶YAG晶体，在室温下获得平均功率为56 mW、最大单脉冲能量为1.1 mJ的黄光激光输出，斜率效率为4% [ 27 27 ] 。同年，Xia等以Dy 3+ ∶ZnWO 4 晶体作为增益介质，在蓝光LDs泵浦下实现了功率为110 mW、斜率效率13%的黄光激光输出 [ 28 28 ] 。然而，在这些晶体中，激光输出效率低于20%。因此，有必要寻求其他潜在的Dy 3+ 掺杂材料。基于Dy 3+ 实现黄光激光输出的一个问题是 6 H 13/2 能级的衰减时间长，容易出现粒子数堆积 [ 6 6 ] 。高声子能量的宿主材料更有利于 6 H 9/2 、 6 H 11/2 和 6 H 13/2 低能级的振动弛豫。因此，氧化物晶体更适合作为掺入Dy 3+ 的基质材料，特别是具有高声子能量的硼酸盐材料。 共掺其他稀土敏化离子或者退激活离子也被认为是提高Dy 3+ 黄光输出的有效方法 [ 29 29 - 30 30 29-30 ] 。将Tb 3+ 引入Dy 3+ 掺杂的晶体以提高激光性能，在许多基质材料中都有报道。Peng等曾报道,与Dy∶GdScO 3 相比，Dy,Tb∶GdScO 3 在578 nm处的黄光发射增强，因为Dy 3+ 由于Dy 3+ 和Tb 3+ 之间的能量传递有利于降低较低能级的Dy 3+ 粒子数，对黄光有利 [ 31 31 ] 。Huang等也在Dy,Tb∶Na 2 Gd 4 （MoO 4 ） 7 晶体中发现掺入Tb 3+ 后黄光波段的发射增强，发射截面增大，荧光峰值比达到80.2% [ 32 32 ] 。同样，Eu 3+ : 7 F 4 与Dy 3+ : 6 H 13/2 能级位置也很接近，因此Dy 3+ : 6 H 13/2 → 6 H 15/2 和Eu 3+ : 7 F 0 → 7 F 4 之间也可能发生准共振能量传递。因此，Eu 3+ 可能具有与Tb 3+ 相同的退激活效果。目前，Dy 3+ 和Eu 3+ 共掺晶体的相关报道很少，据我们了解，只有Xu等在Dy 3+ /Eu 3+ 共掺LiLuF 4 晶体中研究了Dy 3+ -Eu 3+ 之间可能存在的能量传递 [ 33 33 ] 。 Sr 3 Gd（BO 3 ） 3 是双硼酸盐化合物 M 3 R （BO 3 ） 3 （ M = Ba, Sr, Ca; R = Y, La, Gd）中的一种，为三方晶系结构。像其他硼酸盐晶体一样，SGB晶体具有优良的物理化学特性和高损伤阈值 [ 34 34 ] 。硼酸盐晶体中的硼氧键有利于紫外和可见光透过，使硼酸盐晶体在紫外和可见光谱应用方面具有独特的优势。此外，Gd 3+ 离子半径（93.8 pm）与Dy 3+ （90.8 pm）相似，并且具有相同的价态，允许高浓度的替代掺杂，以提高泵浦激光的吸收效率。因此，选择SGB晶体进行Dy 3+ 掺杂。根据参考文献[ 29 29 ],可以知道在掺杂Tb 3+ 和Eu 3+ 之后Dy 3+ : 4 F 9/2 能级寿命会减少，因此Tb 3+ 和Eu 3+ 的掺杂浓度不宜过高，这里把浓度确定为0.5%。本文采用提拉法生长了Dy 3+ ∶SGB、Dy 3+ /Tb 3+ ∶SGB和Dy 3+ /Eu 3+ ∶SGB晶体，详细研究了其发光性能并讨论了Dy 3+ -Tb 3+ 与Dy 3+ -Eu 3+ 之间的能量传递机制。 2　实　　验 1 2%Dy 3+ ∶SGB、2%Dy 3+ /0.5%Tb 3+ ∶SGB和2%Dy 3+ /0.5%Eu 3+ ∶SGB晶体的生长原料通过SrCO 3 、H 3 BO 3 、Gd 2 O 3 、Dy 2 O 3 、Tb 4 O 7 和Eu 2 O 3 的高温固相反应制备。所有原材料都按相应的化学计量比称量，并加入过量的3%（wt）H 3 BO 3 ，以补偿原料合成和晶体生长过程中H 3 BO 3 的挥发。将称好的原料在研钵中混合研磨2 h以上，让原料充分混合，然后压制成片状，放在氧化铝坩埚中，在马弗炉中加热至950 ℃并保温20 h，使固相反应充分进行。 所有晶体都通过提拉法生长。为了防止铱金坩埚的高温氧化，首先对炉子进行抽真空，直到炉内气压下降到5×10 -4 Pa，然后填充高纯度的N 2 作为保护气氛。同时，充入氮气减少炉内的气体对流，降低温度波动以及晶体中散射中心的出现。晶体沿[001]方向生长，拉速为1.0~1.5 mm/h，旋转速度为5~15 r/min。生长完的晶体照片如 图1 图1 所示。待测样品是从退火后的晶体上切下，并打磨抛光成8 mm×8 mm×1 mm的样品。 采用金刚石线切割机从晶体头部切割部分小晶块，在玛瑙研钵中磨成粉末，进行粉末XRD测试。通过ICP-AES测试了晶体中的稀土离子含量，ICP测试所用的粉末同样是取自晶体头部。晶体的室温偏振吸收光谱由分光光度计（Lambda 950, Perkin-Elmer）在300~820 nm范围内记录，偏振发射谱、荧光衰减曲线用荧光光谱仪（FLS980, Edinburg）测量。 3　结果与讨论 1 3.1　XRD图谱和稀土含量分析 2 图2 图2 展示了Dy 3+ ∶SGB、Dy 3+ /Tb 3+ ∶SGB和Dy 3+ /Eu 3+ ∶SGB晶体粉末的XRD图谱，其晶体衍射峰型与Sr 3 Y（BO 3 ） 3 晶体（ICSD 24-6230）非常吻合，没有多余的杂峰，表明生长的三个晶体都具有较高的相纯度。 稀土离子浓度和相应的分凝系数 κ 列于 表1 表1 ，从 表1 表1 可知，在Dy 3+ 单掺SGB以及与Tb 3+ 、Eu 3+ 离子共掺杂的SGB晶体中，Dy 3+ 离子的分凝系数都大于0.8，可见SGB晶体是一种适合于Dy 3+ 离子掺杂的晶体基质，这是因为Gd 3+ 离子和Dy 3+ 离子半径较为相近。 晶体 原始浓度/% 实际浓度/% N m / （10 20 ions·cm -3 ） κ 2%Dy 3+ ∶SGB Dy 3+ ： 2 2.13 1.02 1.065 2 2%Dy 3+ /0.5%Tb 3+ ∶SGB Dy 3+ ： 2 2.02 0.967 0.826 Tb 3+ ： 0.5 0.375 0.178 0.75 2 2%Dy 3+ /0.5% Eu 3+ ∶SGB Dy 3+ ： 2 1.726 0.821 0.863 Eu 3+ ： 0.5 0.353 0.167 0.706 3.2　吸收光谱和Judd‑Ofelt理论分析 2 图3 图3 展示了Dy 3+ ∶SGB和Dy 3+ /Tb 3+ ∶SGB 晶体在320~2 500 nm波段的室温偏振吸收谱。以π偏振为例，Dy 3+ ∶SGB单掺晶体中主要有12个吸收峰，分别源于Dy 3+ 离子从基态 6 H 15/2 能级到更高能级激发态 4 G 9/2 + 6 P 3/2 + 4 M 17/2 、 6 P 7/2 + 4 I 11/2 、 6 P 5/2 + 4 D 3/2 + 4 M 19/2 、 4 F 7/2 + 4 I 13/2 + 4 M 21/2 + 4 K 17/2 、 4 G 11/2 、 4 I 15/2 、 4 F 9/2 、 6 F 5/2 、 6 F 7/2 、 6 F 9/2 + 6 H 7/2 、 6 H 9/2 + 6 F 11/2 和 6 H 11/2 的吸收跃迁，峰值波长分别位于325，351，365，389，428，450，477，799，890，1 083，1 266，1 652 nm处。其中450 nm左右的吸收带与已经实现商用的InGaN LD的输出相匹配。由于Tb 3+ 和Dy 3+ 离子的部分吸收带重合，因此Dy 3+ /Tb 3+ ∶SGB晶体的吸收谱在相应波段的吸收有所增强。与Dy 3+ ∶SGB单掺晶体相比，Dy 3+ /Eu 3+ ∶SGB晶体在365，377，393，1 937 nm处有额外的吸收峰，对应于Eu 3+ 的 7 F 0 → 5 H 3 、 7 F 0 → 5 G 3 、 7 F 0 → 5 L 6 和 7 F 0 → 7 F 6 跃迁，如 图4 图4 所示。 应用Judd-Ofelt理论分别对Dy 3+ ∶SGB、Dy 3+ /Tb 3+ ∶SGB和Dy 3+ /Eu 3+ ∶SGB晶体的发光性能进行了分析和评估。因为Tb 3+ 和Eu 3+ 的掺杂浓度很低，可见光波段的吸收峰强度也比较弱，可以认为吸收峰均归属于Dy 3+ 。详细的计算分析过程可以参考《稀土离子的光谱学》 [ 35 35 ] 。通过测试得到的偏振吸收谱数据计算了理论谱线强度 S cal 和实验谱线强度 S exp ： <math display="block" id="M1"><msub><mrow><mi>S</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">c</mi><mi mathvariant="normal">a</mi><mi mathvariant="normal">l</mi></mrow></msub><mfenced separators="|"><mrow><mi>J</mi><mo>→</mo><msup><mrow><mi>J</mi></mrow><mrow><mi>'</mi></mrow></msup></mrow></mfenced><mo>=</mo><msub><mo>∑</mo><mrow><mi>t</mi><mo>=</mo><mn mathvariant="normal">2,4</mn><mo>,</mo><mn mathvariant="normal">6</mn></mrow></msub><mrow><msub><mrow><mi>Ω</mi></mrow><mrow><mi>t</mi></mrow></msub></mrow><msup><mrow><mfenced open="|" close="|" separators="|"><mrow><mfenced open="<" close="" separators="|"><mrow><mi>S</mi><mo>,</mo><mi>L</mi><mo>,</mo><mi>J</mi><mfenced open="‖" close="‖" separators="|"><mrow><msup><mrow><mi>U</mi></mrow><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>t</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow></msup></mrow></mfenced></mrow></mfenced><mfenced open="" close=">" separators="|"><mrow><msup><mrow><mi>S</mi></mrow><mrow><mi>'</mi></mrow></msup><mo>,</mo><msup><mrow><mi>L</mi></mrow><mrow><mi>'</mi></mrow></msup><mo>,</mo><msup><mrow><mi>J</mi></mrow><mrow><mi>'</mi></mrow></msup></mrow></mfenced></mrow></mfenced></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn></mrow></msup></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=37598745&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=37598739&type= 75.94599915 6.68866634 ， <math display="block" id="M2"><msub><mrow><mi>S</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">e</mi><mi mathvariant="normal">x</mi><mi mathvariant="normal">p</mi></mrow></msub><mfenced separators="|"><mrow><mi>J</mi><mo>→</mo><msup><mrow><mi>J</mi></mrow><mrow><mi>'</mi></mrow></msup></mrow></mfenced><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn mathvariant="normal">27</mn><mi>h</mi><mi>c</mi><mfenced separators="|"><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn><mi>J</mi><mo>+</mo><mn 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为稀土离子的轨道角动量、自旋角动量和耦合角动量， <math id="M3"><mfenced open="‖" close="‖" separators="|"><mrow><msup><mrow><mi>U</mi></mrow><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>t</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow></msup></mrow></mfenced></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=37598764&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=37598759&type= 8.04333401 4.57200003 是引用文献[ 36 36 ]的Dy 3+ 离子的约化矩阵元。根据文献[ 34 34 ]，折射率 n 采用不同波长的平均值1.73。 Ω t （ t =2, 4, 6） 代表J-O强度参数，与稀土离子和晶体场作用相关，可以通过实验谱线强度 S exp 和 U 2 、 U 4 、 U 6 进行最小二乘法拟合得到；对于偏振吸收，有效强度参数可以通过 Ω t ,eff =（ Ω π +2 Ω σ ）/3计算出来。相关计算结果列于 表2 表2 。 Ω 2 反映基质材料的配位对称性和结构的有序性，其对组分变化敏感。与Dy 3+ ∶SGB晶体相比，Dy 3+ /Tb 3+ ∶SGB中的 Ω 2,eff 增大，意味着掺入Tb 3+ 后，Dy 3+ 周围的晶体场环境的不对称性变大；Dy 3+ /Eu 3+ ∶SGB晶体中的 Ω 2,eff 则变化不大。结构变化会引起稀土离子能级结构和激发态动力学的变化，造成吸收带或发射带宽化，以及吸收峰或发射峰发生位移等变化。理论谱线强度 S cal 和实验谱线强度 S exp 之间的均方根值（RMS） <math id="M4"><mi mathvariant="normal">Δ</mi><mi>S</mi></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=37598772&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=37598769&type= 4.31799984 2.79399991 为： <math display="block" id="M5"><mi mathvariant="normal">Δ</mi><mi>S</mi><mo>=</mo><mroot><mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo largeop="true">∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn mathvariant="normal">1</mn></mrow><mrow><mi>N</mi></mrow></munderover></mstyle><mrow><mo stretchy="false">(</mo><msub><mrow><mi>S</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">e</mi><mi mathvariant="normal">x</mi><mi mathvariant="normal">p</mi></mrow></msub><mo>-</mo><msub><mrow><mi>S</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">c</mi><mi mathvariant="normal">a</mi><mi mathvariant="normal">l</mi></mrow></msub><msup><mrow><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn></mrow></msup><mo>/</mo><mo stretchy="false">(</mo><mi>N</mi><mo>-</mo><mn mathvariant="normal">3</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow></mrow><mrow/></mroot></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=37598780&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=37598777&type= 47.66733551 9.99066734 ， 其中 N 表示所有用于计算的吸收谱带的个数，由 表2 表2 可知误差主要源于平均波长为325 nm和450 nm处的两个波段。 http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=37598785&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=37598799&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=37598790&type= 162.79995728 103.81462860 结合上述得到的三参数 Ω t （ t =2, 4, 6） ，可以通过以下公式计算出各个晶体中Dy 3+ 的自发跃迁几率（电偶极跃迁 A ed 、磁偶极跃 A md 和 A total ）、荧光分支比 β 和辐射寿命 τ r [ 37 37 ] ： <math display="block" id="M6"><mtext>                                    </mtext><msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">e</mi><mi mathvariant="normal">d</mi></mrow></msub><mfenced separators="|"><mrow><mi>J</mi><mo>→</mo><msup><mrow><mi>J</mi></mrow><mrow><mi>'</mi></mrow></msup></mrow></mfenced><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn mathvariant="normal">64</mn><msup><mrow><mi mathvariant="normal">π</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">4</mn></mrow></msup><msup><mrow><mi>e</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn></mrow></msup><mi>n</mi><mo stretchy="false">(</mo><msup><mrow><mi>n</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn></mrow></msup><msup><mrow><mo>+</mo><mn mathvariant="normal">2</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn></mrow></msup></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">27</mn><mi>h</mi><mo stretchy="false">(</mo><mn mathvariant="normal">2</mn><mi>J</mi><mo>+</mo><mn mathvariant="normal">1</mn><mo stretchy="false">)</mo><msubsup><mrow><mi>λ</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">a</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">3</mn></mrow></msubsup></mrow></mfrac><msub><mo>∑</mo><mrow><mi>t</mi><mo>=</mo><mn mathvariant="normal">2,4</mn><mo>,</mo><mn mathvariant="normal">6</mn></mrow></msub><mrow><msub><mrow><mi>Ω</mi></mrow><mrow><mi>t</mi></mrow></msub></mrow><msup><mrow><mfenced open="|" close="|" separators="|"><mrow><mfenced open="<" close="" separators="|"><mrow><mi>S</mi><mo>,</mo><mi>L</mi><mo>,</mo><mi>J</mi><mfenced open="‖" close="‖" separators="|"><mrow><msup><mrow><mi>U</mi></mrow><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>t</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow></msup></mrow></mfenced></mrow></mfenced><mfenced open="" close=">" separators="|"><mrow><msup><mrow><mi>S</mi></mrow><mrow><mi>'</mi></mrow></msup><mo>,</mo><msup><mrow><mi>L</mi></mrow><mrow><mi>'</mi></mrow></msup><mo>,</mo><msup><mrow><mi>J</mi></mrow><mrow><mi>'</mi></mrow></msup></mrow></mfenced></mrow></mfenced></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn></mrow></msup></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=37598808&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=37598804&type= 131.74131775 8.55133343 ， <math display="block" id="M7"><msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">m</mi><mi mathvariant="normal">d</mi></mrow></msub><mfenced separators="|"><mrow><mi>J</mi><mo>→</mo><msup><mrow><mi>J</mi></mrow><mrow><mi>'</mi></mrow></msup></mrow></mfenced><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn mathvariant="normal">64</mn><msup><mrow><mi mathvariant="normal">π</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">4</mn></mrow></msup><msup><mrow><mi>e</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn></mrow></msup><msup><mrow><mi>n</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">3</mn></mrow></msup></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">3</mn><mi>h</mi><mo stretchy="false">(</mo><mn mathvariant="normal">2</mn><mi>J</mi><mo>+</mo><mn mathvariant="normal">1</mn><mo stretchy="false">)</mo><msubsup><mrow><mi>λ</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">a</mi></mrow><mrow><mn 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open="‖" close="‖" separators="|"><mrow><mi>L</mi><mo>+</mo><mn mathvariant="normal">2</mn><mi>S</mi></mrow></mfenced><mo stretchy="false">(</mo><mi>S</mi><mi mathvariant="normal">'</mi><mo>,</mo><mi>L</mi><mi mathvariant="normal">'</mi><mo stretchy="false">)</mo><mi>J</mi><mi mathvariant="normal">'</mi></mrow></mfenced></mrow></mfenced></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn></mrow></msup></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=37598824&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=37598820&type= 65.61666107 7.61999989 ， <math display="block" id="M9"><mi>A</mi><mo>=</mo><msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">e</mi><mi mathvariant="normal">d</mi></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">m</mi><mi mathvariant="normal">d</mi></mrow></msub></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=37598830&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=37598828&type= 19.98133469 3.72533321 ， <math display="block" id="M10"><msub><mrow><mi>β</mi></mrow><mrow><mi>J</mi><msup><mrow><mi>J</mi></mrow><mrow><mi>'</mi></mrow></msup></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>A</mi><mfenced separators="|"><mrow><mi>J</mi><mo>→</mo><msup><mrow><mi>J</mi></mrow><mrow><mi>'</mi></mrow></msup></mrow></mfenced></mrow><mrow><msub><mo>∑</mo><mrow><msup><mrow><mi>J</mi></mrow><mrow><mi>'</mi></mrow></msup></mrow></msub><mrow><mi>A</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>J</mi><mo>→</mo><msup><mrow><mi>J</mi></mrow><mrow><mi>'</mi></mrow></msup><mo stretchy="false">)</mo></mrow></mrow></mfrac></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=37598836&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=37598833&type= 31.49600029 9.99066734 ， <math display="block" id="M11"><mtext> </mtext><msub><mrow><mi>τ</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">r</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn mathvariant="normal">1</mn></mrow><mrow><msub><mo>∑</mo><mrow><msup><mrow><mi>J</mi></mrow><mrow><mi>'</mi></mrow></msup></mrow></msub><mrow><mi>A</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>J</mi><mo>→</mo><msup><mrow><mi>J</mi></mrow><mrow><mi>'</mi></mrow></msup><mo stretchy="false">)</mo></mrow></mrow></mfrac></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=37598842&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=37598839&type= 30.22599983 9.56733322 ， 其中 S md 为磁偶极跃迁强度，实验谱线强度包括电偶极跃迁和磁偶极跃迁，对于Dy 3+ 离子含有的磁偶极跃迁需要减掉该部分跃迁强度。计算得到的自发跃迁几率、荧光分支比和辐射寿命列于 表3 表3 。三个晶体中 4 F 9/2 → 5 H 13/2 跃迁的 β 值都大于50%，表明晶体有很强的黄光发射能力。从Judd-Ofelt理论拟合结果来看，Dy 3+ 共掺Tb 3+ 、Eu 3+ 后，黄光波段（576 nm）的荧光分支比变化不大，蓝光波段（485 nm）的荧光分支比略有增加；此外，拟合得到Dy 3+ ∶SGB、Dy 3+ /Tb 3+ ∶SGB和Dy 3+ /Eu 3+ ∶SGB晶体晶体中Dy 3+ ： 4 F 9/2 能级辐射寿命分别为1.87，1.307，1.073 ms，共掺Tb 3+ 和Eu 3+ 后辐射寿命都减小了。 http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=37598845&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=37598849&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=37598847&type= 162.80000305 66.30035400 荧光衰减曲线通常为单指数或多指数衰减，本文中晶体为双指数衰减，荧光寿命值根据下式计算: <math display="block" id="M12"><mtext>                     </mtext><msub><mrow><mi>τ</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">f</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">1</mn></mrow></msub><msubsup><mrow><mi>τ</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">1</mn></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn></mrow></msubsup><mo>+</mo><msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn></mrow></msub><msubsup><mrow><mi>τ</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn></mrow></msubsup></mrow><mrow><msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">1</mn></mrow></msub><msubsup><mrow><mi>τ</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">1</mn></mrow><mrow/></msubsup><mo>+</mo><msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn></mrow></msub><msubsup><mrow><mi>τ</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn></mrow><mrow/></msubsup></mrow></mfrac></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=37598853&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=37598851&type= 41.57133484 8.29733276 ， 进一步地，荧光量子效率根据下式进行计算： <math display="block" id="M13"><msub><mrow><mi>η</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">Q</mi><mi mathvariant="normal">E</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mrow><mi>τ</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">f</mi></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mrow><mi>τ</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">r</mi></mrow></msub></mrow></mfrac><mtext>                                    </mtext></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=37598859&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=37598857&type= 40.80933380 7.95866632 其中， τ r 为辐射寿命， τ f 为荧光寿命。 双掺晶体中两种稀土离子间相近能级之间的能量传递效率 η 可以表示为： η =1- <math display="block" id="M14"><mfrac><mrow><msub><mrow><mi>τ</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">D</mi><mi mathvariant="normal">‑</mi><mi mathvariant="normal">A</mi></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mrow><mi>τ</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">D</mi></mrow></msub></mrow></mfrac></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=37598868&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=37598863&type= 6.01133299 7.95866632 ， 其中， τ D-A 表示两种稀土离子共掺时的能级寿命， τ D 表示只有激活离子单掺时的能级寿命。 3.3　发射光谱和能量传递机制 2 在450 nm氙灯泵浦下，测试了Dy 3+ ∶SGB、Dy 3+ /Tb 3+ ∶SGB和Dy 3+ /Eu 3+ ∶SGB晶体的室温偏振发射谱,如 图5 图5 所示。Dy 3+ ∶SGB晶体主要有4个发射峰，峰值波长分别在485，576，668，757 nm处，分别对应着 4 F 9/2 到 6 H 15/2 、 6 H 13/2 、 6 H 11/2 和 6 H 9/2 + 6 F 11/2 的辐射跃迁，分别位于蓝光、黄光、橙光和红光区域，其中黄光发射最强，与 表2 表2 中J-O理论分析的荧光分支比结果一致。Dy 3+ /Tb 3+ ∶SGB晶体的发射峰位置与Dy 3+ ∶SGB晶体相差不大，但是发射强度明显增强，其中π偏振发射谱增强211%。除了Dy 3+ 的发射外，Dy 3+ /Tb 3+ ∶SGB晶体中还出现了Tb 3+ 位于543 nm和622 nm处的两个发射峰，分别对应于Tb 3+ 的 5 D 4 → 7 F 5 和 5 D 4 → 7 F 3 发射跃迁过程。此外，Tb 3+ 在485 nm和583 nm也分别有蓝光和黄光发射，但是和Dy 3+ 的蓝光和黄光发射波段重合。从 图3 图3 的吸收谱可知，Tb 3+ 在450 nm处并没有吸收峰，然而却在发射谱中观察到了Tb 3+ 的发射，这意味着发生了Dy 3+ →Tb 3+ 的能量传递过程。Dy 3+ /Eu 3+ ∶SGB晶体的发射谱与Dy 3+ ∶SGB晶体相差不大，发射强度也相差无几。 发射截面 σ em 是评估激光材料性能的一个重要参数，可以通过Füchtbauer-Ladenburg（F-L）方程计算得到 [ 38 38 - 39 39 38-39 ] ： <math display="block" id="M15"><msub><mrow><mi>σ</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">e</mi><mi mathvariant="normal">m</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>λ</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mfrac><mrow><msup><mrow><mi>λ</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">5</mn></mrow></msup><mi>β</mi><mi>I</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>λ</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">8</mn><mi 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图7 所示。Dy 3+ /Tb 3+ ∶SGB晶体在484 nm激发下，Tb 3+ 从基态 7 F 6 受激跃迁至 5 D 4 能级，而后分别辐射跃迁至更低的 7 F 3 、 7 F 4 和 7 F 5 能级，发射出红光（622 nm）、黄光（583 nm）和蓝光（485 nm）。值得注意的是，除了Tb 3+ 的发射外，Dy 3+ /Tb 3+ ∶SGB晶体中还出现了Dy 3+ 在可见光波段的一系列发射峰，但是Dy 3+ 对484 nm的激光是没有吸收的，说明在Dy 3+ /Tb 3+ ∶SGB晶体中存在Tb 3+ →Dy 3+ 的能量传递过程。在318 nm激光激发下，Dy 3+ /Eu 3+ ∶SGB晶体的发射谱中同时出现了Dy 3+ 和Eu 3+ 的发射峰，从文献[ 35 35 ]可知，Eu 3+ 在318 nm处有吸收，而Dy 3+ 在320~330 nm波段也有吸收，因此并不能充分证明发生了Eu 3+ →Dy 3+ 的能量传递过程。 激发光谱是一种分析发光体中敏化过程的有效方法。 图8 图8 中分别在Dy 3+ ∶SGB和Dy 3+ /Eu 3+ ∶SGB晶体中监测576 nm处的激发光谱，以及在Dy 3+ /Eu 3+ ∶SGB晶体中监测610 nm处的激发光谱，相应的的激发峰已标于图中。 图8 图8 （a）、（b）的激发谱峰型一致，且都是Dy 3+ 的激发峰，未明显观察到Eu 3+ 的激发峰，意味着Eu 3+ 不能敏化Dy 3+ 。 图8 图8 （c）中以Eu 3+ 的特征发射波长作为监测波长，除了Eu 3+ 的激发峰外还观察到了Dy 3+ 的激发峰，证明在Dy 3+ /Eu 3+ ∶SGB晶体中存在Dy 3+ →Eu 3+ 的能量传递过程。 图9 图9 以简化能级图的形式阐述了Dy 3+ /Tb 3+ ∶SGB和Dy 3+ /Eu 3+ ∶SGB晶体中的能量传递机制。Dy 3+ 和Tb 3+ 之间的能量传递过程为：在受到450 nm激光激发后，Dy 3+ 从基态 6 H 15/2 跃迁至 4 I 15/2 能级，由于 4 I 15/2 是亚稳态能级，粒子将很快弛豫至Dy 3+ 的激发态能级 4 F 9/2 ，由于Dy 3+ : 4 F 9/2 和Tb 3+ : 5 D 4 能级很接近，能量可以很容易地从Dy 3+ : 4 F 9/2 传递到Tb 3+ : 5 D 4 能级（ET1: 4 F 9/2 + 7 F 6 → 6 H 13/2 + 7 F 4 ），随后Tb 3+ 离子向下辐射跃迁；在484 nm氙灯泵浦下，Tb 3+ 被激发至 5 D 4 能级，部分能量由Tb 3+ : 5 D 4 传递至Dy 3+ : 4 F 9/2 能级（ET2: 5 D 4 + 6 H 15/2 → 7 F 4 + 6 H 13/2 ）。 Dy 3+ /Eu 3+ ∶SGB晶体中的能量传递过程则更简单，只发生了Dy 3+ →Eu 3+ 的能量传递（ET4: 4 F 9/2 + 7 F 0 → 6 H 13/2 + 7 F 4 ），即Dy 3+ 受激跃迁至 4 I 15/2 能级，而后通过非辐射跃迁振动弛豫至 4 F 9/2 能级。在该过程中会有部分能量弛豫至Eu 3+ : 5 D 2 能级，再以非辐射跃迁方式弛豫至中间态 5 D 1 和 5 D 0 ，最后从 5 D 0 以辐射跃迁方式到 7 F 0 基态。 此外，我们尝试在800 nm和1 280 nm激发下，监测Dy 3+ 单掺和双掺晶体2 800～3 200 nm波段的发射，但是没有检测到Dy 3+ : 4 F 9/2 → 6 H 13/2 跃迁。这表明Dy 3+ : 6 H 13/2 能级中的粒子数通过非辐射跃迁转移到基态 6 H 15/2 ，所以不能得到这些晶体的 6 H 13/2 能级的寿命的精确值，因而不能证明黄光下能级发生的退激活过程（ET3: 6 H 13/2 + 7 F 6 → 6 H 15/2 + 7 F 4 和ET5: 6 H 13/2 + 7 F 0 → 6 H 15/2 + 7 F 4 ）。 3.4　荧光衰减曲线 2 为了验证Tb 3+ 、Eu 3+ 离子对Dy 3+ 的影响，测试了Dy 3+ ∶SGB、Dy 3+ /Tb 3+ ∶SGB和Dy 3+ /Eu 3+ ∶SGB晶体中Dy 3+ : 4 F 9/2 能级在450 nm氙灯泵浦下，监测576 nm处的荧光衰减曲线，如 图10 图10 所示。由对数坐标下的衰减曲线可以看出，三个晶体中Dy 3+ : 4 F 9/2 能级的衰减都不符合单指数衰减，我们采用双指数拟合得到寿命，Dy 3+ ∶SGB、Dy 3+ /Tb 3+ ∶SGB和Dy 3+ /Eu 3+ ∶SGB晶体中的Dy 3+ : 4 F 9/2 能级寿命 τ f 分别为1.037，0.951，0.92 ms。因此可以计算得到Dy 3+ /Tb 3+ ∶SGB晶体中ET1:Dy 3+ : 4 F 9/2 →Tb 3+ : 5 D 4 的能量传递效率 η 1 =1-（0.951/1.037）=8.29%。由于并未生长Tb 3+ ∶SGB晶体，无法评估ET2：Tb 3+ ： 5 D 4 →Dy 3+ ： 4 F 9/2 的能量传递效率，而Dy 3+ /Eu 3+ ∶SGB晶体中Dy 3+ ： 4 F 9/2 →Eu 3+ ： 5 D 2 的能量传递效率 η 4 =1-（0.92/1.037）=11.28%。以上计算结果说明Dy 3+ ： 4 F 9/2 只有少部分的能量可以传递给Tb 3+ 和Eu 3+ 。结合前面拟合得到的辐射寿命,计算得到Dy 3+ ∶SGB、Dy 3+ /Tb 3+ ∶SGB和Dy 3+ /Eu 3+ ∶SGB晶体中Dy 3+ 的黄光荧光量子效率分别为58.03%、72.76%、85.74%。共掺Tb 3+ 、Eu 3+ 离子提高了Dy 3+ 的黄光荧光量子效率，对黄光输出有利。 表4 表4 列举了部分Dy 3+ 掺杂晶体的光谱参数，由 表4 表4 可知SGB系列晶体的发射截面大小适中，黄光荧光分支比与Dy 3+ ∶Gd 3 Ga 5 O 12 相比更大，和其他晶体相当。与其他晶体相比，SGB晶体中Dy 3+ : 4 F 9/2 能级荧光寿命更长。 Crystals σ em /（10 -21 cm 2 ） β /% τ f /ms η QE /% Ref. Dy 3+ ∶YAG 2.71 — 0.486 — 2 ［ 40 40 ］ Dy 3+ /Tb 3+ ∶YAG 2.82 — 0.448 — Dy 3+ ∶Gd 3 Ga 5 O 12 2.62 49.9 0.79 71.4 ［ 41 41 ］ Dy 3+ ∶CaYAlO 4 2.8 （π）， 3.6 （σ） 57.6 0.262 54 ［ 42 42 ］ Dy 3+ ∶Sr 3 Y（BO 3 ） 3 1.2 （π）， 1.0 （σ） 54.86 0.82 56.6 ［ 43 43 ］ Dy 3+ ∶GdScO 3 5.51 57.3 0.319 — 2 ［ 30 30 ］ Dy 3+ ，Tb 3+ ∶GdScO 3 5.96 — 0.282 — Dy 3+ ∶Gd 3 Sc 2 Al 3 O 12 3.07 53 0.586 77.2 ［ 44 44 ］ Dy 3+ ，Tb 3+ ∶Gd 3 Sc 2 Al 3 O 12 4.15 — 0.571 72.8 ［ 45 45 ］ Dy 3+ ∶Sr 3 Gd（BO 3 ） 3 1.8 （π）， 1.67 （σ） 55.3 1.037 58.03 Dy 3+ /Tb 3+ ∶Sr 3 Gd（BO 3 ） 3 2.35 （π）， 2.19 （σ） 55.23 0.951 72.76 本工作 Dy 3+ /Eu 3+ ∶Sr 3 Gd（BO 3 ） 3 2.46 （π）， 2.25 （σ） 52.9 0.92 85.74 4　总　　结 1 本文采用提拉法成功生长了Dy 3+ ∶SGB、Dy 3+ /Tb 3+ ∶ SGB和Dy 3+ /Eu 3+ ∶SGB单晶，XRD测试结果表明共掺稀土离子未改变晶体的相结构。基于室温偏振吸收谱，运用Judd-Ofelt理论，分别对其发光性能进行了分析和评估。发射谱结果表明，在450 nm氙灯泵浦下，共掺Tb 3+ 和Eu 3+ 增大了Dy 3+ 在黄光波段的发射截面，且Dy 3+ /Tb 3+ ∶SGB的发射强度增强了211%。Dy 3+ ∶SGB、Dy 3+ /Tb 3+ ∶SGB和Dy 3+ /Eu 3+ ∶SGB晶体中Dy 3+ 的黄光荧光量子效率分别为58.03%、72.76%、85.74%，共掺Tb 3+ 、Eu 3+ 离子提高了Dy 3+ 的黄光荧光量子效率，对黄光输出有利。本文还讨论了Dy 3+ /Tb 3+ ∶SGB和Dy 3+ /Eu 3+ ∶SGB晶体中的能量传递机制。 参考文献 CAI X Y ， WANG Y ， LI J F ， et al . 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