稀土基本知识

第1章绪论
1.1引言[1-76]
材料是人类生存和社会发展的物质基础，材料的不断发展成为了人类社会不断进步的标志。

在人类社会发展的历史长河中，每一种重要材料的发现和利用，都能把人类支配和改造自然的能力提高到一个新的水平，给社会生产力和人类生活带来巨大的变化，往往成为划分一个时代的标志。

从石器时代－青铜器时代－铁器时代的变迁，到半导体材料的发现和发展造就了如今的信息产业，材料对社会进步的推动作用越来越大。

在信息时代的今天，科学技术的发展更是离不开材料科学的发展，材料已经和能源、信息技术一起成为当代文明的“三大支柱”。

按照应用方式的不同，材料一般可以分为两大类：结构材料和功能材料。

结构材料是指具有较好的力学性能（比如强度、韧性及温度特性等等）用作结构部件的材料。

而功能材料，则是指具有优秀的电、磁、光、声、力、生物、化学等性质，并被用于非结构目的的高技术材料。

按照主要使用性能的不同，功能材料又可以分为：电学功能材料、光学功能材料、磁学功能材料、声学功能材料、热学功能材料、化学功能材料、生物医学功能材料等等。

自20世纪60年代以来，各种现代技术如微电子、激光、光电、空间、能源、计算机、机器人、信息、生物和医学等技术的兴起，强烈刺激了功能材料的发展。

为了满足这些现代技术对材料的需求，世界各国都非常重视功能材料的研究和开发。

同时，由于固体物理、固体化学、量子理论、结构化学、生物物理和生物化学等学科的飞速发展，以及各种制备功能材料的新技术和现代分析测试技术在功能材料研究和生产中的实际应用，许多新的功能材料不仅已在实验室中研制出来，而且已批量生产和得到应用，并在不同程度上推动或加速了各种现代技术的进一步发展。

1.1.1稀土功能材料[2-6]
稀土元素包括元素周期表中的镧系元素和同属第三副族的钪Sc、钇Y，共计17个元素（图1.1）。

镧系元素包括元素周期表中原子序数从57~71号15种元素，它们是镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu、钆Gd、铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu。

美国国防部公布的35种高技术元素，其中包括了除Pm以外的16种稀土元素，占全部高技术元素的45.7%。

日
本科技厅选出了26种高技术元素，16种稀土元素被包括在内，占61.5%。

我国是稀土资源大国，就稀土资源总量和稀土矿的工业储量而言，均约占世界的80％。

经过40多年努力，目前我国已经成为世界上最大的稀土生产国和供应国。

我国稀土产品已占世界总流通量的65％－70％，是唯一能够大量供应不同等级、不同品种稀土产品的国家。

中东有石油，中国有稀土，如何能够把我们的资源优势进一步转化为技术优势，把中国的稀土优势发挥出来，是摆在广大科技工作者面前的一项艰巨任务，同时也是一个发展机遇。

图1.1稀土元素在元素周期表中的位置
稀土的特异性能来自于它们独特的电子构型。

从镧到镥，随着原子序数从57至71的逐一增大，电子在内层的4f轨道中逐一填充。

这些4f电子被外层满壳层的5s2和5p6电子所屏蔽。

含稀土的化合物表现出许多独特的物理和化学性质，因而在光、电、磁领域得到广泛的应用，被誉为新材料的宝库。

（1）4f电子在不同能级之间的跃迁（f-f跃迁和f-d跃迁），使稀土离子的发光和吸收别具一格，在发光与激光等光学材料中获得多方面的应用。

在具有未充满4f壳层的13个三价稀土离子（从Ce3+到Yb3+）的4f n组态中（n＝1－13），共有1639个能级，不同能级之间有可能发生的跃迁数目高达192177个。

因此，稀土是一个巨大的发光材料的宝库。

但目前只有48个跃迁用于激光材料，为数很少的跃迁用于发光材料。

因此，稀土作为光学材料的潜力是巨大的。

（2）稀土元素在4f组态中的未成对电子数可高达7个，多于d过渡元素在d层的未成对电子数（最多只有5个）。

这些4f电子的自旋运动、轨道运动和较强的自旋－轨道耦合作用以及它们与环境的间接交换作用，使稀土的磁性不同于铁、钴、镍等d族过渡元素，具有很大的顺磁磁化率、饱和磁化强度、磁各向异性、磁致伸缩、磁光旋转和磁卡效应，因而稀土在永磁材料、磁致伸缩材料、磁光材料、磁致冷材料等各方面获得广泛的应用。

（3）在稀土与d过渡离子形成的层状结构骨架中，稀土常可稳定于载流子输运的结构。

而且，当三价稀土离子被不等价的离子（如二价的碱土离子）取代时，可导致与其共存于同一化合物中的一些d过渡离子的价态、自旋状态和电子的离域程度发生变化，从而引起导电性能的变化。

近年来已利用这一特性发现钇钡铜氧高温超导体、固体氧化物燃料电池的电极材料等，使稀土成为探索新型半导体、电子导体和离子导体以及高温超导体等电学材料的重要对象。

1.1.2稀土发光材料
在稀土功能材料的发展中，尤其以稀土发光材料格外引人注目。

稀土因其特殊的电子层结构，而具有一般元素所无法比拟的光谱性质。

稀土元素的原子具有未充满的受到外界屏蔽的4f电子组态，因此具有丰富的电子能级和长寿命激发态，能级跃迁通道多达20余万个，可以产生多种多样的辐射吸收和发射，构成广泛的发光和激光材料。

发光是稀土化合物光、电、磁三大功能中最突出的功能。

稀土发光材料具有许多优点：发光谱带窄，色纯度高，色彩鲜艳；光吸收能力强，转换效率高；发射波长分布区域宽；荧光寿命从纳秒跨越到毫秒达6个数量级；物理和化学性质稳定，耐高温，可承受大功率电子束、高能辐射和强紫外光的作用。

正是这些优异的性能，使稀土化合物成为探寻新型发光材料的主要研究对象。

目前，稀土发光材料广泛应用于照明、显示、显像、医学放射学图像、辐射场的探测和记录等领域，形成了很大的工业生产和消费市场规模，并正向其它新型技术领域扩展。

下面简单阐述了目前稀土发光材料研究的一些热点领域：
⑴对太阳光光谱裁剪的发光材料[7-20]
在太阳能电池将太阳能转化为电能的过程中，太阳光的光谱分布与太阳能电池的光谱响应之间的失配会造成大量的能量损失。

如果用发光材料对太阳光的光谱进行裁剪，使两者更好的匹配，能够大大提高太阳能电池的效率。

目前对太阳光光谱进行裁剪的发光材料主要分为三种：(1)下转换发光材料，通过量子剪裁将一个高能光子(E>2Eg)剪裁为两个低能光子(E≈Eg)。

(2)上转换发光材料，通过上转换将太阳能电池不能吸收的低能光子(E<E g)转换为高能光子(E>E g)。

(3)光谱红移材料，通过Stocks发光将太阳能电池响应不灵敏的高能光子转换为响应灵
敏的低能光子，从而提高太阳能电池的能量转换效率。

目前国内外对太阳光光谱裁剪材料的研究主要集中在下转换材料方面。

红外下转换材料的研究在最近几年取得了丰富的成果，从首次发现红外量子剪裁现象的Tb3+-Yb3+离子对，到Tm3+-Yb3+、Pr3+-Yb3+、Er3+-Yb3+等离子对,再到Ce3+-Yb3+、Eu2+-Yb3+离子对，在大量的材料中都观察到了红外量子剪裁现象，材料的形态包括了纳米颗粒、纳米棒、玻璃、玻璃陶瓷。

但要将红外下转换材料应用于提高太阳能电池效率还面临着许多需要解决的问题。

首先要提高材料在高能波段的吸收性能，其次是要解决高激活剂掺杂浓度下的发光猝灭问题。

⑵白光LED荧光粉材料[21-35]
20世纪90年代蓝光LED和长波紫外激光二极管(LD)技术上的突破及产业化极大的推动了白光发光二极管(White light-emitting diode,WLED)的发展，成为光电子、照明工程科技领域中的一大成就。

白光LED是一种新的固体光源，具有小型固体化、节能且寿命长(万小时)、无污染、不易损坏等诸多优点。

目前其光效已大大超过白炽灯泡，将来可能达到和超过荧光灯，并有望在今后发展成为第四代新照明光源，实现节能的绿色照明。

用做白光LED的荧光粉要求其在蓝光、长波紫外光激发下，能产生高效的可见光发射，其发射光谱满足白光要求，光能转换效率高，流明效率高。

目前真正可实用的白光LED荧光粉材料并不多，特别是缺少性能优良的红色荧光粉。

综合各种物理、化学及发光特性后，Ce3+激活的稀土石榴石体系荧光粉成为蓝光LED芯片组合首选发光材料。

白光LED是当今和今后荧光粉材料研究的热点，蓝色芯片/荧光粉组合以及UV芯片/荧光粉的组合，是实现白光LED的主流，给荧光粉材料的发展提供了广阔的空间。

Eu激活的碱土硅氮化物和Eu3+激活的钨酸盐-钼酸盐新材料是目前这一领域的研究热点。

⑶透明发光陶瓷材料[5,36-43]
传统的陶瓷材料都是不透明的，因为陶瓷是一种多晶的无机材料，其内部存在大量的气孔、杂质、晶界等缺陷，这些缺陷造成对光的散射和折射。

而透明陶瓷是对光具有高透明度的陶瓷，透明发光陶瓷是具有发光性能的透明陶瓷。

透明发光陶瓷是一种新型光学功能材料，近年来在大功率激光和闪烁探测等方面表现出优异性能。

与单晶和玻璃材料相比，透明发光陶瓷除了有高强度、耐高温、耐腐蚀、低成本外还有如下特点：(1)比单晶和玻璃中发光离子掺杂浓度大、分布均匀。

这是因为透明发光陶瓷是由纳米晶粒原料经过高压后高温烧结而成，由于纳米晶粒的尺寸效应，可以使得掺入的发光离子浓度比单晶和玻璃高近一个数量级而不发生明显的浓度猝灭；(2)可以制成多功能多层陶瓷；(3)比单晶容易制成大尺寸、
形状特殊的产品。

如日本神岛(Konoshima)公司制成的10×10×2cm3YAG:Nd3+激光陶瓷片，是单晶所无法比拟的。

这些特点使得透明发光陶瓷作为激光工作物质时能实现单晶和玻璃无法替代的超大激光功率输出，作为闪烁探测元件时容易制成特殊的形状和高亮度的发光输出。

美国Livermore实验室2006年利用由日本Konoshima公司提供的5块10×10×2cm3YAG:Nd3+透明发光陶瓷组装成固体热熔激光器(Solid-State Heat Capacity Laser)，在LED激发下输出功率高达67000W，在2-7秒的时间内可穿透2.5厘米厚的钢板。

利用这种激光陶瓷制作的超大功率激光器，将来很可能可以用于核聚变的激光点火和飞机卫星上反导弹的激光定向能武器。

⑷上转换发光材料[44-54]
上转换材料是指能够将两个或多个低能光子转换成一个高能光子的发光材料，一般特指将红外光转换成可见光的材料，其特点是所吸收的光子能量低于所发射的光子能量。

目前上转换材料的研究主要集中在稀土掺杂材料，其中以Er3+、Yb3+-Er3+、Yb3+-Tm3+、Yb3+-Ho3+等掺杂的材料最为引人关注，而基质材料则集中在氟化物、氧化物、氟氧化物玻璃等材料。

NaYF4:Er3+,Yb3+仍是目前发光效率最高的上转换材料。

在将红外光上转换得到的光子波长方面，除了红光、绿光、蓝光之外，近年来已经有报道通过上转换得到了Gd3+离子的紫外发光。

2008年秦伟平等在Y0.795-x Gd x Yb0.2Tm0.005F3材料中观察到了Gd3+离子的6I J→8S7/2（275 nm）和6P J→8S7/2(311nm)的紫外发射[51]。

除了上述材料外，Yb3+-Tb3+、Yb3+-Eu3+等通过共合作能量传递实现上转换的材料也有较多研究，但因共合作能量传递的效率较低，这类材料的发光效率都不高，阻碍了其在实际中的应用。

上转换发光材料的主要应用领域有：全固态紧凑型激光器（紫、蓝、绿区域）、上转换荧光材料、生物荧光探针、三维立体显示、红外量子计数器、温度探测器、光学存储材料等。

由于在生物荧光探针上独特的优势，目前纳米上转换发光材料成为一个新的研究热点。

⑸真空紫外荧光粉与真空紫外量子剪裁材料[55-66]
不论是寻找和设计新的无汞荧光灯用VUV荧光粉，还是设计彩色等离子体平板显示都需要对真空紫外（VUV）激发下稀土离子的发光性能进行研究。

众所周知，汞对环境非常有害，而如果以稀有气体的共振辐射线来作为激发发光材料的激发源，可以减少汞的用量。

但由于稀有气体的放电共振谱线均在真空紫外区，在这些共振谱线激发下，任何发光材料的能量效率都会很小。

如果能将高能真空紫外（VUV）光子在适当的荧光粉中转换为两个甚至更多的可见光子，即在这种转换中量子效率超过100%，则发光材料的能量效率将会大大提高，这种材料也叫做量子剪裁材料。

荷兰科学家Wegh等人在LiGdF4:Eu3+体系中，用真
空紫外光激发基质的Gd3+离子，经过两步Gd3+→Eu3+的能量传递，实现了单光子激发、可见双光子的发射，量子效率接近200%，并在其它体系中也获得了类似的结果，无可争辩地证明了量子剪裁材料对提高能量效率是十分有效的，是亟待开展的一个研究方向。

⑹闪烁体材料[67-70]
闪烁体是一种能有效地吸收高能射线（X射线、γ射线）或高能粒子，而发射紫外光或可见光的功能材料。

闪烁体主要应用于高能物理和核医学领域。

近年来，随着X射线计算机断层扫描成像仪（X-CT）和正电子发射计算机断层扫描成像仪（PET）之类辐射医疗仪器的发展和普及，以及高能物理实验中各种大型仪器的规划和建立，对闪烁体提出了越来越高的性能要求。

因此，对光输出大、响应快、密度高、耐辐射的新型无机闪烁体的探索和研究十分活跃。

目前，研究的热点主要集中在稀土掺杂的Lu2O3、Lu2SiO5等重稀土氧化物或含氧酸盐透明陶瓷和单晶材料上。

⑺长余辉材料[71-76]
长余辉材料是指能够存储外界光辐照的能量，在激发停止之后能以发光的形式缓慢释放能量的材料。

一般长余辉材料主要指在可见波段有长余辉的材料，其发光在较长时间内（数分钟到数小时）人眼可见（亮度>0.32mcd/m2）。

但目前关于红外长余辉材料也有研究，其主要应用领域在军事方面，如军用指示标志等。

长余辉材料主要用于暗环境下的弱光指示照明。

当前的长余辉材料除了用于弱光指示照明外，还向其它光电信息方面（如高能粒子、射线探测、三维存储器件）发展。

自美国911事件以来，世界各国都对安全逃生设施更加重视。

长余辉材料在作为逃生指示标志方面得到了大量的应用，这也为长余辉材料的研究和发展提供了巨大的动力，使其成为发光材料研究的一个热点。

不同光色的长余辉材料性能不同，蓝色和黄绿色长余辉材料都已实用，主要问题是如何进一步提高材料性能尤其是二次性能，如紫外线辐照稳定性、耐水性和常温范围内的发光稳定性，而红色长余辉材料性能较差，还不能和前两种材料相比。

1.2光致发光基本原理[3,77-83]
发光是物质在热辐射之外以光的形式发射出多余的能量，而这种多余能量的发射过程具有一定的持续时间。

对于各种发光现象，可按其激发的方式进行分类：光致发光、电致发光、阴极射线发光、X射线及高能粒子发光、化学发光和生物发光等。

光致发光是用光激发发光体引起的发光现象。

它大致经过吸收、能量传递及光发射三个阶段。

光的吸收及发射都发生于能级之间的跃迁，都经过激发态。

而能量传递则是能量在激发态之间迁移。

图1.2光致发光的物理过程示意图
图1.2为光致发光的物理过程示意图。

图中包括基质晶格和掺杂的两种发光中心A和S，并假设基质晶格不吸收和辐射能量。

掺杂离子S吸收激发光，使其激发到激发态，它返回基态时可能有三种途径：（1）以热的形式把激发能释放给临近的晶格，称为“无辐射弛豫”，也叫荧光猝灭；（2）以辐射的形式释放激发能量，称为“发光”；（3）S将激发能传递给A，即S吸收的全部或部分激发能由A产生发射而释放出来，这种现象称为“敏化发光”，A称为激活剂，S通常称为A的敏化剂。

下面对发光过程的三个阶段分别进行描述：吸收、发光和猝灭、能量传递。

最后简单介绍一下对材料的发光性质进行表征的各种手段。

1.2.1吸收[78,79]
当光照射到发光材料上时，一部分被反射、散射，一部分透射，剩下的被吸收。

只有被吸收的这部分光才对发光起作用。

测量材料的吸收光谱时，我们可以发现有的吸收带很宽，而有的吸收带却非常窄。

我们可以利用位形坐标模型对这一现象给出很好的定性解释。

除此之外，利用位形坐标模型还可以解释发光的Stocks位移和温度猝灭等现象。

位形坐标（Configuration Coordinate）模型是关于电子和离子晶格振动总能量与离子平均位置相关的物理模型。

也就是电子处于基态或激发态时，离子晶格的势能曲线与离子平均位置之间的关系。

在某个电子状态下，如果离子的平均位置为R，简谐近似下离子的晶格振动能可以表示为：
2
01()2E k R R =−（1-1）
其中k 为弹性力常数，R 0为平衡位置，离开平衡点后体系的能量以抛物线形式增加。

平衡点对应的能量可以认为是电子态的能量。

量子力学中对上述简谐振动问题的解为：
1()(0,1,2,....)2E n hv n =+=（1-2）
其中v 为简谐振动的频率，n 为振动的量子数。

从不同振动能级的波函数的分布我们知道，在处于n=0的低能振动态时系统处于R 0的几率最大，而当处于n>0的高能振动态时系统在边界转折点出现的几率最大。

离子的势能会受电子态的影响，在不同的电子态下，k 和R 0都会发生变化。

考虑电子由基态被激发到激发态，电子的运动轨道将发生变化，从而晶体的电荷分布和电子与离子之间的静电相互作用也要相应发生变化。

所以离子必须调整自己的位置以便重新达到电和力的平衡。

一般电子从基态到激发态，其运动轨道加大，激发态的化学键比基态弱，因此激发态的力常数k'和平衡位置R'0都与基态的不同。

通常k'会比k 小，激发态的抛物线更平坦。

而R'0和R 0之间的差值ΔR 则是衡量电声子相互作用强度大小的标志。

图1.3给出了一个包含基态（g ）和激发态（e ）的简单位形坐标模型示意图。

R
图1.3位形坐标模型示意图
在光吸收的过程中，系统吸收一个光子从基态跃迁到激发态。

这个吸收过程在位型坐标中用一条竖直的跃迁线段来表示，如图1.3中所示。

这是由于电子的质量比离子的质量小很多，在电子跃迁的瞬间，离子来不及调整自己的位置，晶体的位形不变，因此可以认为电子是在两个位形曲线之间竖直跃迁，表示为图1.3中所示的一条从基态指向激发态的垂直箭头。

从基态振动量子数n=0到激发态n'的跃迁几率可以表示为
'0|||n W e r g x x ∝<><>（1-3）
式中第一部分<e|r|g>表示电偶极跃迁矩阵元，第二部分表示晶格振动的贡献。

第一部分决定了吸收的强度，而第二部分决定了吸收谱的形状。

吸收跃迁的起始位置一般是基态的n=0的振动态，由于n=0的振动态处于R 0的几率最大，因此几率最大的吸收跃迁是从基态曲线上R=R 0处跃迁到激发态曲线上R=R 0的位置，这一吸收跃迁对应着吸收谱中吸收峰的位置。

起始位置位于R>R 0或R<R 0的吸收跃迁也是可能发生的，虽然其跃迁的几率比R=R 0处的小。

R>R 0时跃迁吸收的能量变小，而R<R 0时变大，这使得吸收谱会在吸收频率上有一个分布，吸收谱变成有一定半高宽的吸收带。

当ΔR=0时，n=0和n'=0的振动态之间有最大的交叠，因为它们出现的最大几率都位于R=R 0处，此时吸收谱只包括一条线，对应着从n=0到n'=0的跃迁。

由于没有声子的参与，吸收谱中的这条线叫做零声子线。

如果ΔR≠0，n=0的振动态将会和好几个n'>0的振动态之间有交叠，此时将会观察到一个宽带吸收谱。

吸收的的带宽越宽，说明ΔR 越大。

因此我们从吸收谱带宽的大小就可以推断出ΔR 的大小，从而知道基态和激发态之间化学键变化的大小。

1.2.2发光和猝灭[78]
在吸收能量之后，电子从基态跃迁到激发态。

而处于激发态的电子是不稳定的，它可能通过三种方式返回到基态：发光、猝灭和能量传递。

本节中我们将对发光和猝灭进行讨论。

在上一小节中，我们知道在吸收光子的能量后，电子从基态n=0的振动态，跃迁到激发态的n'振动态。

我们这里假设ΔR≠0，那么跃迁后到达的将是n'>0的振动态。

此时系统将会把多余的能量释放到周围的晶格中，从n'>0的振动态向下到达n'=0的最低振动能级，这个过程叫做弛豫（Relaxation ）。

在弛豫的过程中，不会有从激发态到基态的跃迁发生，这是由于晶格弛豫的几率大约为1013s -1，而非常快的发射跃迁的几率也只有108s -1。

弛豫到n'=0的最低振动能级后，系统可能会自发地发出一个光子，释放出激发能。

发出光子之后，系统会返回到基态的n>0高能振动态，然后也会通过弛豫过程回到n=0低能振动态。

整个吸收、弛豫、发射的过程如图1.4所示。

我们可以看到吸收和发射的光子之间有一个能量差，我们将吸收带和发射带的峰值对应的光子能量的差值称为Stocks 位移，显然ΔR 越大Stocks 位移越大。

∆R 图1.4发光过程的位形坐标模型示意图
0图1.5温度猝灭的位形坐标模型示意图
当ΔR 大到一定值的时候，激发态的抛物线和基态的抛物线之间可能会交叉，如图1.5所示。

处于激发态的电子可能在交叉点从激发态跃迁到基态，此时系统不发射光子，激发能全部以热振动的形式释放到晶格中，称为发光的猝灭。

假设交叉点对应着n '=a 的振动态，a 的大小就决定着发光猝灭温度的高低。

在热平衡条件下声子的振动态的分布与温度相关，温度越高在高能振动态的分布几率就越大。

如果室温下声子在n '=a 的振动态有分布，那么有一定的几率使得激发态通过位型坐标中的交叉点直接弛豫到基态的最低振动态，发光就会发生猝灭。

此时如果将晶格环境的温度降低，使得声子在n '=a 的振动态的分布几率降低，就有可能观察到发光增强。

有些材料的a 非常大，在很高的温度下也观察不到发光的猝灭现象，而有的材料的a 很小，其发光在室温下就已经完全猝灭。

如果
a=0，那么材料的发光将完全猝灭，即使在低温下也观察不到发光。

在ΔR=0的材料中也存在着一种无辐射弛豫过程，称为多声子弛豫。

多声子无辐射弛豫的几率可以表示为：
0()[1exp(/)]n W T W hv kT −=−−（1-4）
式中W(T)是温度为T 时的无辐射几率，W 0是0K 时的几率。

n=ΔE/hv ，ΔE 是相关能级的能级差，v 是相关的声子频率。

当ΔE 等于或小于4-5倍的声子能量时，多声子无辐射弛豫过程的几率很大，从而导致辐射跃迁的强度减弱。

图1.6(a)给出了Eu 3+的部分能级及可能的多声子无辐射弛豫过程。

我们以Eu 3+离子的发光为例说明多声子无辐射弛豫与两个能级之间的间隔ΔE 之间的关系。

如图1.6(a)所示，Eu 3+离子的5D 1能级与其下一个能级5D 0之间的能量差很小，不到2000cm -1，因此从5D 1到5D 0的无辐射弛豫的几率很大，5D 1的发光很弱。

而5D 0能级与其下一个能级7F 6之间的能量差大于10000cm -1，因此5D 0能级的多声子弛豫几率很小，5D 0的发光效率很高。

图1.6（a ）Eu 3+从5D 1到5D 0的多声子弛豫；(b)Tb 3+离子之间的交叉弛豫
前面提到的发光猝灭效应都是一个孤立的发光中心自身发生的猝灭，没有涉及到发光中心之间的相互作用。

而随着掺杂浓度的提高，发光中心之间的距离缩短，它们将不再处于孤立状态，它们之间会发生能量传递。

发光中心之间的能量传递可能造成发光的猝灭。

我们称这种在高掺杂浓度下发光的猝灭为浓度猝灭。

根据猝灭原因的不同，可以分为交叉弛豫引起的浓度猝灭和能量迁移引起的浓度猝灭。

由于三价稀土离子具有丰富的能级，所以不同的能级对之间能量匹配的几率。