红外泵浦稀土掺杂紫外上转换微纳激光材料研究

紫外激光在分子光谱测量、微电子学、光化学、光生物学、DNA序列测量、角膜成形术、血管成形术、大气臭氧层探测及紫外差动吸收光雷达系统、生化武器监测和战地保密无线通信等领域有着重要的应用。稀土掺杂上转换技术，是实现全固态紫外激光器的途径之一，倍受关注。紫外上转换激光器能够克服半导体倍频激光器输出频率漂移不稳、发散角大、光斑均匀性差等缺点，不受相位匹配条件的约束，对泵浦光的波长稳定性、偏振性和光束质量等的要求也大大降低。研制紫外上转换激光器的关键是紫外上转换激光材料的制备。本项目拟在研究组前期工作的基础上开展980nm泵浦紫外上转换激光材料的研究。利用多光子上转换过程在微纳尺度下所具有的特殊效应，通过对基质材料、掺杂稀土离子的选择与优化，通过对微纳结构和形貌的设计与控制等研究过程，提高紫外上转换发光效率。对选择的单个微纳晶体颗粒进行设计和操纵，将之组装成特定的谐振腔结构，获得紫外上转换激光。

稀土掺杂上转换技术，是实现全固态紫外激光器的途径之一，倍受关注。研制紫外上转换激光器的关键是紫外上转换激光材料的制备。本项目围绕紫外激光器所面临的科技问题开展了稀土掺杂紫外上转换激光材料的研究。利用多光子上转换过程在微纳尺度下所具有的特殊效应，通过对基质材料、掺杂稀土离子的选择与优化，通过对微纳结构和形貌的设计与控制等研究过程，提高样品的发光性能。获得主要成果如下：.（1）在近红外光激发下，首次观察到了Tm3+离子的3P2-3H6（~264nm）和3P2-3F4（~309nm）及Er3+离子的2P3/2-4I15/2 (~318 nm)和4G11/2- 4I15/2 (~379 nm)上转换发射，探讨了紫色和紫外上转换发光性能和基质材料结构的相关性，建立了紫色/紫外上转换发光性能和Judd-Ofelt参数的关系，为揭开Yb3+和Er3+（或Yb3+和Tm3+）共掺杂纳米晶的上转化发光机制提供了直接的实验证据和理论支持，解决了多年来悬而未决的难题。.（2）稀土纳米荧光材料的可控制备及光学性质：合成了一系列稀土纳米晶（包括纳米棒、纳米须、纳米管及八面体纳米晶等），研究了形貌和尺寸对发光性质的影响；通过掺杂具有不同电子结构的三价稀土离子（Tm3+、Ho3+、Yb3+、Gd3+和Ce3+），对NaYF4:Ln3+纳米棒的上转换荧光进行调控。另外，这纳米晶在室温下表现出顺磁性。这些具有双功能的光-磁材料在生物学领域具有非常好的应用前景。.（3）稀土纳米荧光材料的应用：将稀土上转换发光材料引入到染料敏化太阳能电池光阳极中，利用稀土离子的上转换发光特性提高电池光阳极对长波可见光和近红外光的捕获能力，增加了电池的光电转换效率；合成了Bi2MoO6:Er3+和Bi2WO6:Er3+纳米晶，利用Er3+离子的上转换特性，提高了纳米材料的光催化活性。