上轉(zhuǎn)換發(fā)光應用介紹

1、上轉(zhuǎn)換發(fā)光的應用 上轉(zhuǎn)換技術起源于紅外夜視技術，在固態(tài)激光器件、立體三維顯示、紅外量子計數(shù)器、波導、熒光探針成像、防偽、溫度傳感器等領域有巨大應用潛力。 上轉(zhuǎn)換激光器 三維立體顯示 防偽技術 生物熒光標記 上轉(zhuǎn)換激光器 與半導體激光器比上轉(zhuǎn)換激光器具有轉(zhuǎn)換效率高，激光閾值低，性能可靠。上轉(zhuǎn)換激光器和光纖是這類材料研究熱點。最早的激光輸出是1971 年在Yb3+/Ho3+和Yb3+/Er3+共摻的BaY2F8 晶體中于77K 低溫下的綠光和紅光。現(xiàn)在光纖激光器絕大多數(shù)可以在室溫下輸出，以氟化物光纖為主。德國的Linos 公司于2003 年推出了第一臺商業(yè)藍光氟化物光纖上轉(zhuǎn)換激光器，其后多家公司如

2、德國Lumics 公司及美國National laser 公司相繼推出了藍綠光上轉(zhuǎn)換激光器。 三維立體顯示 上轉(zhuǎn)換技術屬靜態(tài)體成像三維顯示，最早由Stanford 大學和IBM 公司1994 年在Pr3+激活的氟化物玻璃中共同研究成功，1996年Stanford 大學研制成功第一臺三維立體顯示儀。這種顯示方法肉眼就可以看到360全方位可視的三維立體圖像，可以顯示經(jīng)計算機處理的高速運動立體圖像。目前還在研究階段，在上轉(zhuǎn)換材料選擇制備，泵浦方案優(yōu)化，掃描系統(tǒng)選擇等方面做工作。 防偽技術 1997 年紅外防偽技術被列入國家十項防偽技術之一。上轉(zhuǎn)換材料制成的無色油墨在物體上做出無色防偽標記，經(jīng)紅外光照

3、射顯示相應彩色圖案。這種防偽材料制備成本較高，不易仿制，是一項應用廣泛的防偽技術。 生物熒光標記 生物熒光標記對活體生物分子細胞及整個生物進行實時可視化的跟蹤。作為標記物大多要求粒徑小于50 nm，再經(jīng)表面修飾具有水溶性及生物兼容性就可用。常用的材料是Yb3+/Er3+共摻和Yb3+/Tm3+共摻的NaYF4，Yb3+/Er3+共摻的Y2O3，如經(jīng)PEG 修飾的NaYF4：Yb3+/Er3+及Yb3+/Tm3+用于淋巴循環(huán)成像。上轉(zhuǎn)換材料在多領域有巨大應用潛力，但目前為止稀土上轉(zhuǎn)換材料中上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率最高不超6 %，普遍存在的發(fā)光效率低的瓶頸限制了其應用。尋找合適的基質(zhì)和摻雜離子，探索新發(fā)光機

4、制提高發(fā)光效率是一項重要基礎研究工作，也是材料由實驗室走向應用領域關鍵所在。上轉(zhuǎn)換的優(yōu)勢 上轉(zhuǎn)換發(fā)光具有如下優(yōu)點：1.可以有效降低光致電離作用引起基質(zhì)材料的衰退；2.不需要嚴格的相位匹配，對激發(fā)波長的穩(wěn)定性要求不高；3.輸出波長具有一定的可調(diào)諧性。上轉(zhuǎn)換發(fā)光的影響因素 時間：上轉(zhuǎn)換過程的中間態(tài)能級有足夠長的壽命，以保證激發(fā)態(tài)離子有足夠的時間來參與上轉(zhuǎn)換的發(fā)光或是其他的光物理過程。 多聲子無輻射躍遷：低的多聲子無輻射躍遷幾率除了能夠保證長的激發(fā)態(tài)壽命外，還可以保證上轉(zhuǎn)換過程中的輻射躍遷不被碎滅。 材料溫度：幾乎每個材料都有一個淬滅溫度，發(fā)光效率隨著溫度的增加先增加，達到某個極大值后，又隨著溫度的增加開始下降。 濃度：通常情況下，在一定范圍內(nèi)，上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率隨著稀土離子濃度的增大而增大，濃度過高時發(fā)生濃度淬滅。 稀土激活離子：陰離子的相互作用強，上轉(zhuǎn)換發(fā)光強