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Sr3Gd（BO3）3∶Dy3+/
增强出版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 Sr3Gd（BO3）3∶Dy3+/
RE 3+（RE =Tb, Eu） Crystals- 发光学报 2022年43卷第11期 页码：1721-1732
- 作者机构：
1.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
2.福州大学 化学学院， 福建 福州 350108
3.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
- 作者简介：
[ "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" ]
[ "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" ]
- 基金信息：国家自然科学基金(51872286);闽都创新实验室主任基金项目(2021ZR204);中国科学院战略重点研究计划(XDB20010200)
DOI：10.37188/CJL.20220094
中图分类号： O482.31纸质出版日期：2022-11-05，
收稿日期：2022-03-19，
修回日期：2022-04-03，
- 稿件说明：
移动端阅览
方高阳,王燕,游振宇等.Sr3Gd（BO3）3∶Dy3+/RE3+（RE=Tb, Eu）晶体的生长、发光性质及能量传递[J].发光学报,2022,43(11):1721-1732.
FANG Gao-yang,WANG Yan,YOU Zhen-yu,et al.Crystal Growth, Spectral Properties and Energy Transfer Mechanisms of Sr3Gd（BO3）3∶Dy3+/RE3+（RE=Tb, Eu） Crystals[J].Chinese Journal of Luminescence,2022,43(11):1721-1732.
方高阳,王燕,游振宇等.Sr3Gd（BO3）3∶Dy3+/RE3+（RE=Tb, Eu）晶体的生长、发光性质及能量传递[J].发光学报,2022,43(11):1721-1732. DOI： 10.37188/CJL.20220094.
FANG Gao-yang,WANG Yan,YOU Zhen-yu,et al.Crystal Growth, Spectral Properties and Energy Transfer Mechanisms of Sr3Gd（BO3）3∶Dy3+/RE3+（RE=Tb, Eu） Crystals[J].Chinese Journal of Luminescence,2022,43(11):1721-1732. DOI： 10.37188/CJL.20220094.
摘要
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
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F
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→
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H
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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。
Abstract
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
→
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H
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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.
关键词
Sr3Gd（BO3）3Dy3+黄光光谱性能能量传递
Keywords
Sr3Gd（BO3）3Dy3+yellow emissionspectral propertiesenergy transfer
references
CAI X Y， WANG Y， LI J F， et al. Spectral analyses of Dy3+/Sr2+∶LaF3 and Dy3+/Ca2+∶LaF3 mixed crystals for laser applications ［J］. Spectrochim. Acta A Mol. Biomol. Spectrosc.， 2021， 250： 119341-1-10. doi: 10.1016/j.saa.2020.119341http://dx.doi.org/10.1016/j.saa.2020.119341
阮芳芳， 杨龙， 胡广， 等. 多坩埚温度梯度法生长Dy3+∶LaF3晶体及发光特性 ［J］. 发光学报， 2021， 42（2）： 158-164. doi: 10.37188/cjl.20200330http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20200330
RUAN F F， YANG L， HU G， et al. Luminescence properties of Dy3+ doped lanthanum fluoride crystal by multi-crucible temperature gradient technology ［J］. Chin. J. Lumin.， 2021， 42（2）： 158-164. （in Chinese）. doi: 10.37188/cjl.20200330http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20200330
LIAN Y S， WANG Y， LI J F， et al. Structural and fluorescence features of Dy3+∶Y4Al2O9 phosphors for yellow color emitting displays ［J］. Vacuum， 2020， 173： 109165-1-9.
李佳钰， 庞然， 于湛， 等. 近紫外光激发黄色荧光粉Ba3Y4O9∶Dy3+的制备及发光特性 ［J］. 发光学报， 2018， 39（4）： 515-522. doi: 10.3788/fgxb20183904.0515http://dx.doi.org/10.3788/fgxb20183904.0515
LI J Y， PANG R， YU Z， et al. Preparation and luminescence properties of yellow phosphors Ba3Y4O9∶Dy3+ excited by near UV light ［J］. Chin. J. Lumin.， 2018， 39（4）： 515-522. （in Chinese）. doi: 10.3788/fgxb20183904.0515http://dx.doi.org/10.3788/fgxb20183904.0515
LI W， FANG G Y， WANG Y， et al. Luminescent properties of Dy3+ activated LaMgAl11O19 yellow emitting phosphors for application in white-LEDs ［J］. Vacuum， 2021， 188： 110215-1-10. doi: 10.1016/j.vacuum.2021.110215http://dx.doi.org/10.1016/j.vacuum.2021.110215
李纳， 刘斌， 施佼佼， 等. 可见光波段稀土激光晶体的研究进展 ［J］. 无机材料学报， 2019， 34（6）： 573-589. doi: 10.15541/jim20180403http://dx.doi.org/10.15541/jim20180403
LI N， LIU B， SHI J J， et al. Research progress of rare-earth doped laser crystals in visible region ［J］. J. Inorg. Mater.， 2019， 34（6）： 573-589. （in Chinese）. doi: 10.15541/jim20180403http://dx.doi.org/10.15541/jim20180403
LIMPERT J， ZELLMER H， RIEDEL P， et al. Laser oscillation in yellow and blue spectral range in Dy3+∶ZBLAN ［J］. Electron. Lett.， 2000， 36（16）： 1386-1387. doi: 10.1049/el:20001005http://dx.doi.org/10.1049/el:20001005
KAMINSKII A， HÖMMERICH U， TEMPLE D， et al. Visible laser action of Dy3+ ions in monoclinic KY（WO4）2 and KGd⁃（WO4）2 crystals under Xe-flashlamp pumping ［J］. Jpn. J. Appl. Phys.， 2000， 39（3A）： L208-L211. doi: 10.1143/jjap.39.l208http://dx.doi.org/10.1143/jjap.39.l208
KRÄNKEL C， MARZAHL D T， MOGLIA F， et al. Out of the blue： semiconductor laser pumped visible rare-earth doped lasers ［J］. Laser Photonics Rev.， 2016， 10（4）： 548-568. doi: 10.1002/lpor.201500290http://dx.doi.org/10.1002/lpor.201500290
VIJAYAKUMAR M， MAHESVARAN K， PATEL D K， et al. Structural and optical properties of Dy3+ doped aluminofluoroborophosphate glasses for white light applications ［J］. Opt. Mater.， 2014， 37： 695-705. doi: 10.1016/j.optmat.2014.08.015http://dx.doi.org/10.1016/j.optmat.2014.08.015
CI Z P， SUN Q S， QIN S C， et al. Warm white light generation from a single phase Dy3+ doped Mg2Al4Si5O18 phosphor for white UV-LEDs ［J］. Phys. Chem. Chem. Phys.， 2014， 16（23）： 11597-11602. doi: 10.1039/c4cp00357hhttp://dx.doi.org/10.1039/c4cp00357h
VIJAYA N， KUMAR K U， JAYASANKAR C K. Dy3+-doped zinc fluorophosphate glasses for white luminescence applications ［J］. Spectrochim. Acta A Mol. Biomol. Spectrosc.， 2013， 113： 145-153. doi: 10.1016/j.saa.2013.04.036http://dx.doi.org/10.1016/j.saa.2013.04.036
VISHWAKARMA A K， JHA K， JAYASIMHADRI M， et al. Emerging cool white light emission from Dy3+ doped single phase alkaline earth niobate phosphors for indoor lighting applications ［J］. Dalton Trans.， 2015， 44（39）： 17166-17174. doi: 10.1039/c5dt02436fhttp://dx.doi.org/10.1039/c5dt02436f
LIU F X， LIU Q H， FANG Y Z， et al. White light emission from NaLa（PO3）4∶Dy3+ single-phase phosphors for light-emitting diodes ［J］. Ceram. Int.， 2015， 41（1）： 1917-1920. doi: 10.1016/j.ceramint.2014.09.078http://dx.doi.org/10.1016/j.ceramint.2014.09.078
WANG J Y， WANG J B， DUAN P. Luminescent properties of Dy3+ doped Sr3Y（PO4）3 for white LEDs ［J］. Mater. Lett.， 2013， 107： 96-98. doi: 10.1016/j.matlet.2013.06.001http://dx.doi.org/10.1016/j.matlet.2013.06.001
VIJAYAKUMAR R， VENKATAIAH G， MARIMUTHU K. Structural and luminescence studies on Dy3+ doped boro-phosphate glasses for white LED's and laser applications ［J］. J. Alloys Compd.， 2015， 652： 234-243. doi: 10.1016/j.jallcom.2015.08.219http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.08.219
ZHU C F， WANG J， ZHANG M M， et al. Eu-， Tb-， and Dy-doped oxyfluoride silicate glasses for LED applications ［J］. J. Am. Ceram. Soc.， 2014， 97（3）： 854-861. doi: 10.1111/jace.12714http://dx.doi.org/10.1111/jace.12714
LIU S M， ZHAO G L， LIN X H， et al. White luminescence of Tm-Dy ions co-doped aluminoborosilicate glasses under UV light excitation ［J］. J. Solid State Chem.， 2008， 181（10）： 2725-2730. doi: 10.1016/j.jssc.2008.06.027http://dx.doi.org/10.1016/j.jssc.2008.06.027
任林娇， 杜晓晴， 雷小华， 等. Dy3+含量对Eu2+， Dy3+共掺高硅氧发光玻璃发光性能的影响 ［J］. 发光学报， 2012， 33（11）： 1161-1165. doi: 10.3788/fgxb20123311.1161http://dx.doi.org/10.3788/fgxb20123311.1161
REN L J， DU X Q， LEI X H， et al. Effect of Dy3+ content on luminescent properties of Eu2+， Dy3+ co-doped high silica luminescence glass ［J］. Chin. J. Lumin.， 2012， 33（11）： 1161-1165. （in Chinese）. doi: 10.3788/fgxb20123311.1161http://dx.doi.org/10.3788/fgxb20123311.1161
BEDEKAR V， DUTTA D P， MOHAPATRA M， et al. Rare-earth doped gadolinia based phosphors for potential multicolor and white light emitting deep UV LEDs ［J］. Nanotechnology， 2009， 20（12）： 125707-1-9. doi: 10.1088/0957-4484/20/12/125707http://dx.doi.org/10.1088/0957-4484/20/12/125707
LIU S M， ZHAO G L， YING H， et al. Eu/Dy ions co-doped white light luminescence zinc-aluminoborosilicate glasses for white LED ［J］. Opt. Mater.， 2008， 31（1）： 47-50. doi: 10.1016/j.optmat.2008.01.007http://dx.doi.org/10.1016/j.optmat.2008.01.007
LIANG X L， ZHU C F， YANG Y X， et al. Luminescent properties of Dy3+-doped and Dy3+-Tm3+co-doped phosphate glasses ［J］. J. Lumin.， 2008， 128（7）： 1162-1164. doi: 10.1016/j.jlumin.2007.11.086http://dx.doi.org/10.1016/j.jlumin.2007.11.086
LIU B， SHI J J， WANG Q G， et al. Crystal growth and yellow emission of Dy∶YAlO3 ［J］. Opt. Mater.， 2017， 72： 208-213. doi: 10.1016/j.optmat.2017.06.005http://dx.doi.org/10.1016/j.optmat.2017.06.005
BOWMAN S R， O’CONNOR S， CONDON N J. Diode pumped yellow dysprosium lasers ［J］. Opt. Express， 2012， 20（12）： 12906-12911. doi: 10.1364/oe.20.012906http://dx.doi.org/10.1364/oe.20.012906
METZ P W， MOGLIA F， REICHERT F， et al. Novel rare earth solid state lasers with emission wavelengths in the visible spectral range ［C］. 2013 Conference on Lasers & Electro‐Optics Europe & International Quantum Electronics Conference CLEO EUROPE/IQEC， Munich， 2013： 1. doi: 10.1109/cleoe-iqec.2013.6800608http://dx.doi.org/10.1109/cleoe-iqec.2013.6800608
BOLOGNESI G， PARISI D， CALONICO D， et al. Yellow laser performance of Dy3+ in co-doped Dy， Tb∶LiLuF4 ［J］. Opt. Lett.， 2014， 39（23）： 6628-6631. doi: 10.1364/ol.39.006628http://dx.doi.org/10.1364/ol.39.006628
鞠乔俊， 沈华， 姚文明， 等. 半导体激光抽运Dy∶YAG黄光激光器 ［J］. 中国激光， 2017， 44（4）： 0401004-1-6. doi: 10.3788/cjl201744.0401004http://dx.doi.org/10.3788/cjl201744.0401004
JU Q J， SHEN H， YAO W M， et al. Laser diode pumped Dy∶YAG yellow laser ［J］. Chin. J. Lasers， 2017， 44（4）： 0401004-1-6. （in Chinese）. doi: 10.3788/cjl201744.0401004http://dx.doi.org/10.3788/cjl201744.0401004
XIA Z C， YANG F G， QIAO L， et al. End pumped yellow laser performance of Dy3+∶ZnWO4 ［J］. Opt. Commun.， 2017， 387： 357-360. doi: 10.1016/j.optcom.2016.12.008http://dx.doi.org/10.1016/j.optcom.2016.12.008
CAI X Y， WANG Y， LI J F， et al. Thermal， and optical features study of Dy∶YAlO3 and Dy/Tb∶YAlO3 crystals for yellow laser applications ［J］. J. Lumin.， 2021， 231： 117711-1-9. doi: 10.1016/j.jlumin.2021.118233http://dx.doi.org/10.1016/j.jlumin.2021.118233
殷海荣， 唐元元， 郭宏伟， 等. Dy3+和Tb3+掺杂镓硼锗硅酸盐玻璃发光性能 ［J］. 发光学报， 2016， 37（9）： 1043-1049. doi: 10.3788/fgxb20163709.1043http://dx.doi.org/10.3788/fgxb20163709.1043
YIN H R， TANG Y Y， GUO H W， et al. Luminescence properties of Ga2O3-B2O3-GeO2-SiO2 glass doped with Dy3+ and Tb3+ ［J］. Chin. J. Lumin.， 2016， 37（9）： 1043-1049. （in Chinese）. doi: 10.3788/fgxb20163709.1043http://dx.doi.org/10.3788/fgxb20163709.1043
PENG F， LIU W P， LUO J Q， et al. Study of growth， defects and thermal and spectroscopic properties of Dy∶GdScO3 and Dy， Tb∶GdScO3 as promising 578 nm laser crystals ［J］. CrystEngComm， 2018， 20（40）： 6291-6299. doi: 10.1039/c8ce01254ghttp://dx.doi.org/10.1039/c8ce01254g
HUANG R S， ZHANG P X， HUANG X B， et al. Enhanced 573 nm yellow emissions of Dy3+ via Tb3+ deactivation in Na2Gd4（MoO4）7 crystal ［J］. Opt. Mater. Express， 2017， 7（10）： 3673-3679. doi: 10.1364/ome.7.003673http://dx.doi.org/10.1364/ome.7.003673
XU F， FANG L Z， ZHOU X， et al. Multi-color emission of Dy3+/Eu3+ co-doped LiLuF4 single crystals for white light-emitting devices ［J］. Opt. Mater.， 2020， 108： 110222. doi: 10.1016/j.optmat.2020.110222http://dx.doi.org/10.1016/j.optmat.2020.110222
XIA H P， FENG J H， JI Y X， et al. Crystal growth and spectroscopic properties of Sm3+∶Sr3Gd（BO3）3 crystal ［J］. J. Lumin.， 2014， 149： 7-11.
张思远. 稀土离子的光谱学—光谱性质和光谱理论 ［M］. 北京： 科学出版社， 2008.
ZHANG S Y. Spectroscopy of Rare Earth Ions ［M］. Beijing： Science Press， 2008. （in Chinese）
CARNALL W T， FIELDS P R， RAJNAK K. Electronic energy levels in the trivalent lanthanide Aquo ions. I. Pr3+， Nd3+， Pm3+， Sm3+， Dy3+， Ho3+， Er3+， and Tm3+ ［J］. J. Chem. Phys.， 1968， 49（10）： 4424-4442. doi: 10.1063/1.1669895http://dx.doi.org/10.1063/1.1669895
JAYASANKAR C K， RUKMINI E. Spectroscopic investigations of Dy3+ ions in borosulphate glasses ［J］. Phys. B： Condens. Matter， 1997， 240（3）： 273-288. doi: 10.1016/s0921-4526(97)00416-xhttp://dx.doi.org/10.1016/s0921-4526(97)00416-x
AULL B F， JENSSEN H P. Vibronic Interactions in Nd∶YAG resulting in nonreciprocity of absorption and stimulated emission cross sections ［J］. IEEE J. Quantum Elect.， 1982， 18（5）： 925-930. doi: 10.1109/jqe.1982.1071611http://dx.doi.org/10.1109/jqe.1982.1071611
HUANG J H， HUANG J H， LIN Y F， et al. Spectroscopic properties of Dy3+-doped NaGd（MoO4）2 crystal ［J］. J. Alloys Compd.， 2016， 664： 266-271. doi: 10.1016/j.jallcom.2015.12.214http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.12.214
DING S J， LI H Y， ZHANG Q L， et al. The investigations of Dy∶YAG and Dy， Tb∶YAG as potentially efficient GaN blue LD pumped solid state yellow laser crystals ［J］. J. Lumin.， 2021， 237： 118174-1-6. doi: 10.1016/j.jlumin.2021.118174http://dx.doi.org/10.1016/j.jlumin.2021.118174
WANG Y， YOU Z Y， LI J F， et al. Optical properties of Dy3+ ion in GGG laser crystal ［J］. J. Phys. D： Appl. Phys.， 2010， 43（7）： 075402-1-6. doi: 10.1088/0022-3727/43/7/075402http://dx.doi.org/10.1088/0022-3727/43/7/075402
CHEN H J， LOISEAU P， AKA G. Optical properties of Dy3+-doped CaYAlO4 crystal ［J］. J. Lumin.， 2018， 199： 509-515. doi: 10.1016/j.jlumin.2018.03.077http://dx.doi.org/10.1016/j.jlumin.2018.03.077
JIANG T H， CHEN Y J， GONG X H， et al. Spectroscopic properties of Dy3+-doped Sr3Y（BO3）3 crystal ［J］. Opt. Mater.， 2019， 91： 171-176. doi: 10.1016/j.optmat.2019.03.004http://dx.doi.org/10.1016/j.optmat.2019.03.004
DING S J， LI H Y， REN H， et al. Ultra-broad absorption band of a Dy3+-doped Gd3Sc2Al3O12 garnet crystal at around 450 nm： a potential crystal for InGaN LD-pumped all-solid-state yellow lasers ［J］. CrystEngComm， 2021， 23（32）： 5481-5488. doi: 10.1039/d1ce00596khttp://dx.doi.org/10.1039/d1ce00596k
DING S J， REN H， ZOU Y， et al. Single crystal growth and property investigation of Dy3+ and Tb3+ co-doped Gd3Sc2Al3O12（GSAG）： multiple applications for GaN blue LD pumped all-solid-state yellow lasers and UV or blue light chip excited solid-state lighting ［J］. J. Mater. Chem. C， 2021， 9（30）： 9532-9538. doi: 10.1039/d1tc02294fhttp://dx.doi.org/10.1039/d1tc02294f
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