上转换发光

上转换光纤激光器实现了高转换效率、低激光 阀值、体积小、结构简单等优良特性。 上转换蓝绿色激光器的最高输出功率已达几百

毫瓦，但还不能够完全满足人们的需要。

随着科技的不断发展，对紫外波长的激光的应
用需求也不断提高，但在制备出高效的短波长
上转换激光材料之前，短波长上转换激光器仍 然是奋斗目标。
（二）显示技术
Up Conversion Photoluminescence Mechanism and Its Applications
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1959年，Bloemberge在Physical Review Letter上发表文章提出，用960nm的红外 光激发多晶ZnS，观察到了525nm绿色发 光。 1966年，Auzel在研究钨酸镱钠玻璃时， 发现当基质材料中掺入Yb3+离子时，在 红外光激发下Er3+、Ho3+和Tm3+离子的可 见发光提高了两个数量级，由此正式提 出了“上转换发光”的观点。
上转换荧光标记技术刚开始起步，是生物医学发 光材料等领域的研究热点。
（四）防伪技术
红外上转换材料配臵的油墨是无色的，激励的 红外光源人眼是看不到的，因此这类材料具有 基本的防伪标识功能。 使用高效的红外上转换材料和价格比较低廉的 红外激光器，达到标识和防伪目的，是一项含 量很高的防伪技术。用于图书发行、名牌包装 、证件、银行卡等防伪。 很多化学家从事此项研究并取得成绩。研究成 果可以同时检测过个不同波段的激发可见光， 进行定量检测。具有很好的防伪性能。
liu等人利用高温回流法制备了单分散纯的 β - NaYF4:Yb,Er(Tm) ，在980nm波长激发下，发出 了绿色（蓝紫色）上转换荧光。
上转换技术的应用进展

上转换发光材料在诸领域有着潜在的应 用前景。目前国际国内研究工作主要是 围绕在上转换激光器、三维立体显示、 生物荧光标记等方面进行。
（一）上转换激光器
近红外上转换发光显示器是一种高性能新型三维 立体显示器，具有体积小、效率高、色彩鲜艳、 寿命长等特点。
（三）生物荧光标志

近红外激发的上转换荧光材料做生物荧光标志可 以避免因紫外光激发生物体本身而产生的干扰信 号。 红外光的激发可以到达生物组织的更深层，检测 成像更加容易。



稀土离子掺杂的上转换荧光材料没有任何毒性。

掺杂Er3+的材料

通过两步或者更多步 的光子吸收实现上转 换过程。单掺Er3+的 材料，吸收 800 nm 的辐射，跃迁至可产 生绿色发射的4S3/2能 级。
图 800nm条件下 Er 3+ 离子的上转换发光机制
Bi2 WO6 ∶Er 3+
范等利用用水热法合成了花状 Bi2 WO6 ∶Er 3+球 型样品具有纯绿色上转换荧光， Er 3+ 离子的掺 杂提高了罗丹明 B 的吸附量以及 Bi2 WO6光催化 活性。

上转换材料的发展前景

节能环保是当今世界的主流, 扩大上转 换材料的应用范围自然也要以此为出发 点, 因此以上转换材料作为白光LED的荧 光物质是个不错的选择。目前, 市场上 的白光LED都是以紫外光激发的下转换材 料为荧光物质, 存在专利垄断、荧光物 质性能要求高、价格昂贵等问题。如果 能够研制出白光LED用上转换荧光物质, 将填补红外激发白光LED的空白, 市场前 景巨大。
3+ 3+ 双掺Yb /Er 的材料

Yb3+吸收近红外辐射，并 传递给Er3+，使Er3+离子 从4I11/2能级跃迁到4F7/2能 级。快速衰减，无辐射跃 迁到4S3/2，然后由4S3/2能 级产生绿色发射（4S3/2 → 4I 15/2 ），实现以近红外光 激发得到绿色发射。
NaYF4:Yb,Er(Tm)


又称为反-斯托克斯发光（Anti-Stokes） ，斯托克斯定律认为材料只能受到高能 量波长短的光激发，发出低能量长波长 的光。而上转换发光认为长波长光激发 下，可持续发射波长比激发Байду номын сангаас长短的光 。
能量传递 上转换 （ETU） 激发态吸 收（ESA） 光子雪崩 （PA）
上转换 发光
1959 年 Bloembergen 等人提出的 ,其原理是 同一个离子从基态能级 通过连续的多光子吸收 到达能量较高的激发态 能级的一个过程。
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• 可见光转换为紫外光（Vis-to-UV）
• 近红外光转换为紫外光（ NIR-to-UV ）
• 近 红 外 光 转 换 为 可 见 光（NIR-to-Vis）
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。
连续能量转移( SET ) ，一般发生 在不同类型的离子之间 交叉驰豫( CR) ，CR可以发生在相 同或不同类型的离子之间 合作上转换 ( CU) ，发生在同时位 于激发态的同一类型的离子之间
光子雪崩过程( PA)

1979 年Chivian等研 究Pr 3 + 离子在 LaCl 3 晶体中的上转换发光 时首次提出。 “光 子雪崩”是 ESA 和 ET 相结合的过程