稀土三摻鎢酸鈣多晶上轉換發光機理

以下是稀土三摻鎢酸鈣Zn_0.1Ca_0.9WO₄：Ho³⁺/Tm³⁺/Yb³⁺多晶上轉換發光機理。

根據Zn_0.1Ca_0.9WO₄：Ho³⁺/Tm³⁺/Yb³⁺多晶的上轉換穩態發射光譜和功率曲線分析，結合稀土離子的能級分佈圖，提出了Zn_0.1Ca_0.9WO₄：Ho³⁺/Tm³⁺/Yb³⁺多晶的上轉換發光機理，具體機理如圖所示。

由圖可知，上轉換藍光的發光過程以Tm³⁺/Yb³⁺三光子能量傳遞過程為主。Zn_0.1Ca_0.9WO₄：Ho³⁺/Tm³⁺/Yb³⁺多晶上轉換藍光激發機理如下：首先 Yb³⁺離子受到980nm光源激發，由基態能級²F_2/7躍遷到激發態能級²F_5/2，處於激發態能級的Yb³⁺離子不斷將能量傳遞給Tm³⁺離子，使Tm³⁺離子由基態能級³H₆躍遷到³H₅能級，並無輻射弛豫到³F₄能級，至此第一次能量傳遞過程結束。然後處於激發態能級的Yb³⁺離子第二次將能量傳遞給Tm³⁺離子，使Tm³⁺離子由³H₅能級躍遷至³F_2,3能級，並無輻射弛豫到³H₄能級，至此第二次能量傳遞過程結束。最後處於激發態能級的Yb³⁺離子第三次將能量傳遞給Tm³⁺離子，使Tm³⁺離子由³H₄能級躍遷至¹G₄能級， ¹G₄能級的Tm³⁺離子再向基態能級³H₆躍遷，輻射出475nm波長的上轉換藍光。 

上轉換綠光發光過程是Ho³⁺/Yb³⁺的兩光子能量傳遞過程。Zn_0.1Ca_0.9WO₄：Ho³⁺/Tm³⁺/Yb³⁺多晶上轉換綠光激發機理如下：首先 Yb³⁺離子受到980nm雷射器的激發，由基態能級²F_2/7躍遷到激發態能級²F_5/2，處於激發態能級的Yb³⁺離子不斷將能量傳遞給Ho³⁺離子，使Ho³⁺離子由基態能級⁵I₈躍遷到⁵I₆能級。然後處於激發態能級的Yb³⁺離子再次將能量傳遞給Ho³⁺離子，使Ho³⁺離子由⁵I₆能級躍遷至⁵S₂,⁵F₄能級。最後Ho³⁺離子由⁵S₂,⁵F₄能級向基態能級⁵I₈躍遷，輻射出545nm左右的上轉換綠光。 

上轉換紅光是由Ho³⁺離子和Tm³⁺離子共同發出的，Ho³⁺離子紅光發射為兩光子能量傳遞過程，Tm³⁺離子紅光發射為三光子能量傳遞過程。具體過程如下：當Ho³⁺離子吸收能量被激發到⁵I₆能級後，通過無輻射弛豫躍遷到5I7能級，處於⁵I₇能級的Ho³⁺離子再次吸收Yb³⁺離子傳遞的能量躍遷至⁵F₅能級；或者當Ho³⁺離子與Yb³⁺離子通過兩次能量傳遞處於⁵S₂,⁵F₄能級後，無輻射弛豫到⁵F₅能級。最後處於⁵F₅能級的Ho³⁺離子都向基態能級⁵I₈躍遷，發射出659nm左右的上轉換紅光。Tm³⁺/Yb³⁺上轉換紅光的發光機理與藍光類似，處於基態能級的Tm³⁺離子通過三光子能量傳遞被激發到¹G₄能級後，由¹G₄能級向³F₄能級躍遷輻射出660nm波長的上轉換紅光。

 

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