Sr3Gd（BO3）3∶Dy3+/RE3（+RE=Tb,Eu）晶体的生长、发光性质及能量传递

方高阳，王 燕，游振宇，李坚富，朱昭捷，涂朝阳*

（1.中国科学院福建物质结构研究所光电子材料化学与物理重点实验室，福建 福州 350002；2.福州大学 化学学院，福建 福州 350108；3.中国福建光电信息科学与技术创新实验室（闽都创新实验室），福建 福州 350108）

1 引 言

三价镝离子（Dy3+）具有非常丰富的能级，这使得其可以通过离子间能级的跃迁实现涵盖可见光、近红外、中红外多波段的荧光发射，分别对应于Dy3+中4F9/2→6H13/2、6H11/2→6H15/2和6H13/2→6H15/2三个主要辐射跃迁过程，其中黄光输出正是基于4F9/2→6H13/2的 荧 光 发 射 实 现 的[1-5]。由 于Dy3+在可见光波段泵浦波长所对应的跃迁均为自旋禁戒跃迁，所以其跃迁几率较小，吸收截面较小，只有10-21cm2量级。自旋禁戒跃迁导致Dy3+的发射截面也很小，同样只有10-21cm2量级[6]。由于吸收截面和发射截面很小，其激光输出所需要的晶体尺寸就要更大，同时也需要更大功率的泵浦源，这极大地限制了Dy3+黄光激光器的发展。Limpert等在2000年使用Dy3+∶ZBLAN玻璃纤维在457 nm氩离子激光器泵浦下，实现了478 nm的蓝光激光输出和575 nm的黄光激光输出，输出功率为毫瓦级[7]。同年，Kaminskii等报道了在低温氮气条件下通过氙灯泵浦掺杂Dy3+的单斜晶体KY（WO4）2和KGd⁃（WO4）2，首次实现了Dy3+的脉冲黄光激光输出[8]。近年来，大功率InGaN半导体激光器的相继问世打破了这种局面，使直接泵浦Dy3+掺杂的激光介质产生黄光激光成为可能[9]。Dy3+在InGaN半导体激光器激发后，粒子从基态6H15/2能级跃迁至4I15/2能级，但是4I15/2是亚稳态能级，除了极小部分经4I15/2→6H13/2的跃迁外（490 nm左右），粒子将经 过 振 动 弛 豫 至4F9/2能 级，然 后 产 生4F9/2能 级到6H15/2、6H13/2、6H11/2以 及6H9/2+6F11/2能 级 的 辐 射 跃迁，分别发射蓝光、黄光、橙光、红光。Dy3+能同时发射蓝光和黄光，通过调节其黄蓝比和使用不同泵浦源可以实现白光发射[10-16]。此外，共掺其他稀土离子（如Tb3+、Eu3+、Tm3+等）[17-22]也可以得到白光发射。除了制备白光LED，Dy3+的黄光激光近年来也成为了一个研究热点[23]。2012年，Bowman报道了第一例二极管泵浦Dy3+掺杂YAG晶体的黄光 输 出，平 均 功 率 为150 mW[24]。2013年，Metz团队报道了蓝光LDs泵浦Dy∶LiLuF4晶体实现能量为7 mW、斜率效率为4%的黄光输出，光光转换效 率 达71%[25]。2014年，Giacomo等 以Tb3+作 为Dy3+的退激活离子，在InGaN泵浦的Dy,Tb∶LiLuF4晶体中得到了55 mW的黄光激光输出，斜率效率为13.4%[26]。在国内，鞠乔俊等在2017年报道了利 用447.3 nm的 蓝 光LD泵 浦Dy∶YAG晶 体，在室温下获得平均功率为56 mW、最大单脉冲能量为1.1 mJ的黄光激光输出，斜率效率为4%[27]。同年，Xia等以Dy3+∶ZnWO4晶体作为增益介质，在蓝光LDs泵浦下实现了功率为110 mW、斜率效率13%的黄光激光输出[28]。然而，在这些晶体中，激光输出效率低于20%。因此，有必要寻求其他潜在的Dy3+掺杂材料。基于Dy3+实现黄光激光输出的一个问题是6H13/2能级的衰减时间长，容易出现粒子数堆积[6]。高声子能量的宿主材料更有利于6H9/2、6H11/2和6H13/2低 能 级 的 振 动 弛 豫。因 此，氧化物晶体更适合作为掺入Dy3+的基质材料，特别是具有高声子能量的硼酸盐材料。

共掺其他稀土敏化离子或者退激活离子也被认为是提高Dy3+黄光输出的有效方法[29-30]。将Tb3+引入Dy3+掺杂的晶体以提高激光性能，在许多基质材料中都有报道。Peng等曾报道,与Dy∶GdScO3相 比，Dy,Tb∶GdScO3在578 nm处 的 黄 光 发 射 增强，因为Dy3+由于Dy3+和Tb3+之间的能量传递有利于降低较低能级的Dy3+粒子数，对黄光有利[31]。Huang等也在Dy,Tb∶Na2Gd4（MoO4）7晶体中发 现掺入Tb3+后黄光波段的发射增强，发射截面增大，荧光峰值比达到80.2%[32]。同样，Eu3+:7F4与Dy3+:6H13/2能级位置也很接近，因此Dy3+:6H13/2→6H15/2和Eu3+:7F0→7F4之间也可能发生准共振能量传递。因此，Eu3+可能具有与Tb3+相同的退激活效果。目前，Dy3+和Eu3+共掺晶体的相关报道很少，据我们了解，只有Xu等在Dy3+/Eu3+共掺LiLuF4晶体中研究了Dy3+-Eu3+之间可能存在的能量传递[33]。

Sr3Gd（BO3）3是 双 硼 酸 盐 化 合 物M3R（BO3）3（M=Ba,Sr,Ca;R=Y,La,Gd）中的一种，为三方晶系结构。像其他硼酸盐晶体一样，SGB晶体具有优良的物理化学特性和高损伤阈值[34]。硼酸盐晶体中的硼氧键有利于紫外和可见光透过，使硼酸盐晶体在紫外和可见光谱应用方面具有独特的优势。此外，Gd3+离子半径（93.8 pm）与Dy3+（90.8 pm）相似，并且具有相同的价态，允许高浓度的替代掺杂，以提高泵浦激光的吸收效率。因此，选择SGB晶体进行Dy3+掺杂。根据参考文献[29],可以知道在掺杂Tb3+和Eu3+之后Dy3+:4F9/2能级寿命会减少，因此Tb3+和Eu3+的掺杂浓度不宜过高，这里把浓度确定为0.5%。本文采用提拉法生长了Dy3+∶SGB、Dy3+/Tb3+∶SGB和Dy3+/Eu3+∶SGB晶 体，详 细 研 究 了其发光性能并讨论了Dy3+-Tb3+与Dy3+-Eu3+之间的能量传递机制。

2 实 验

2%Dy3+∶SGB、2%Dy3+/0.5%Tb3+∶SGB和2%Dy3+/0.5%Eu3+∶SGB晶体的生长原料通过SrCO3、H3BO3、Gd2O3、Dy2O3、Tb4O7和Eu2O3的 高 温 固 相 反 应 制备。所有原材料都按相应的化学计量比称量，并加入过量的3%（wt）H3BO3，以补偿原料合成和晶体生长过程中H3BO3的挥发。将称好的原料在研钵中混合研磨2 h以上，让原料充分混合，然后压制成片状，放在氧化铝坩埚中，在马弗炉中加热至950℃并保温20 h，使固相反应充分进行。

所有晶体都通过提拉法生长。为了防止铱金坩埚的高温氧化，首先对炉子进行抽真空，直到炉内气压下降到5×10-4Pa，然后填充高纯度的N2作为保护气氛。同时，充入氮气减少炉内的气体对流，降低温度波动以及晶体中散射中心的出现。晶体沿[001]方向生长，拉速为1.0～1.5 mm/h，旋转速度为5～15 r/min。生长完的晶体照片如图1所示。待测样品是从退火后的晶体上切下，并打磨抛光成8 mm×8 mm×1 mm的样品。

图1 Dy3+∶SGB（a）、Dy3+/Tb3+∶SGB（b）和Dy3+/Eu3+∶SGB（c）晶体照片。Fig.1 Photos of as-grown Dy3+∶SGB（a），Dy3+/Tb3+∶SGB（b）and Dy3+/Eu3+∶SGB（c）crystals.

采用金刚石线切割机从晶体头部切割部分小晶块，在玛瑙研钵中磨成粉末，进行粉末XRD测试。通过ICP-AES测试了晶体中的稀土离子含量，ICP测试所用的粉末同样是取自晶体头部。晶体的室温偏振吸收光谱由分光光度计（Lambda 950,Perkin-Elmer）在300～820 nm范围内记录，偏振发射谱、荧光衰减曲线用荧光光谱仪（FLS980,Edinburg）测量。

3 结果与讨论

3.1 XRD图谱和稀土含量分析

图2展 示 了Dy3+∶SGB、Dy3+/Tb3+∶SGB和Dy3+/Eu3+∶SGB晶体粉末的XRD图谱，其晶体衍射峰型与Sr3Y（BO3）3晶体（ICSD 24-6230）非常吻合，没有多余的杂峰，表明生长的三个晶体都具有较高的相纯度。

图2 Dy3+∶SGB、Dy3+/Tb3+∶SGB和Dy3+/Eu3+∶SGB晶体 粉 末的XRD图谱。Fig.2 X-ray diffraction（XRD）pattern of Dy3+∶SGB，Dy3+/Tb3+∶SGB and Dy3+/Eu3+∶SGB crystals.

稀土离子浓度和相应的分凝系数κ列于表1，从表1可知，在Dy3+单掺SGB以及与Tb3+、Eu3+离子共掺杂的SGB晶体中，Dy3+离子的分凝系数都大于0.8，可见SGB晶体是一种适合于Dy3+离子掺杂的晶体基质，这是因为Gd3+离子和Dy3+离子半径较为相近。

表1 晶体中稀土浓度和分凝系数Tab.1 Rare earth concentrations and partition coefficients in crystals

3.2 吸收光谱和Judd⁃Ofelt理论分析

图3展 示 了Dy3+∶SGB和Dy3+/Tb3+∶SGB晶 体在320～2 500 nm波段的室温偏振吸收谱。以π偏振为例，Dy3+∶SGB单掺晶体中主要有12个吸收峰，分别源于Dy3+离子从基态6H15/2能级到更高能级 激 发 态4G9/2+6P3/2+4M17/2、6P7/2+4I11/2、6P5/2+4D3/2+4M19/2、4F7/2+4I13/2+4M21/2+4K17/2、4G11/2、4I15/2、4F9/2、6F5/2、6F7/2、6F9/2+6H7/2、6H9/2+6F11/2和6H11/2的 吸 收 跃 迁，峰值 波 长 分 别 位 于325，351，365，389，428，450，477，799，890，1 083，1 266，1 652 nm处。其中450 nm左右的吸收带与已经实现商用的InGaN LD的输出相匹配。由于Tb3+和Dy3+离子的部分吸 收 带 重 合，因 此Dy3+/Tb3+∶SGB晶 体 的 吸 收 谱在相应波段的吸收有所增强。与Dy3+∶SGB单掺 晶 体 相 比，Dy3+/Eu3+∶SGB晶 体 在365，377，393，1 937 nm处有额外的吸收峰，对应于Eu3+的7F0→5H3、7F0→5G3、7F0→5L6和7F0→7F6跃 迁，如图4所示。

图3 Dy3+∶SGB和Dy3+/Tb3+∶SGB晶体的室温偏振吸收谱Fig.3 RT polarized absorption spectra of the Dy3+∶SGB and Dy3+/Tb3+∶SGB crystals

图4 Dy3+∶SGB和Dy3+/Eu3+∶SGB晶体的室温偏振吸收谱Fig.4 RT polarized absorption spectra of the Dy3+∶SGB and Dy3+/Eu3+∶SGB

应 用Judd-Ofelt理 论 分 别 对Dy3+∶SGB、Dy3+/Tb3+∶SGB和Dy3+/Eu3+∶SGB晶 体 的 发 光 性 能 进 行了分析和评估。因为Tb3+和Eu3+的掺杂浓度很低，可见光波段的吸收峰强度也比较弱，可以认为吸收峰均归属于Dy3+。详细的计算分析过程可以参考《稀土离子的光谱学》[35]。通过测试得到的偏振吸收谱数据计算了理论谱线强度Scal和实验谱线强度Sexp：

其中，L、S、J为稀土离子的轨道角动量、自旋角动量和耦合角动量，‖U(t)‖是引用文献[36]的Dy3+离子的约化矩阵元。根据文献[34]，折射率n采用 不 同 波 长 的 平 均 值1.73。Ωt（t=2,4,6）代 表J-O强度参数，与稀土离子和晶体场作用相关，可以通 过 实 验 谱 线 强 度Sexp和U2、U4、U6进 行 最 小 二乘法拟合得到；对于偏振吸收，有效强度参数可以通过Ωt,eff=（Ωπ+2Ωσ）/3计算出来。相关计算结果列于表2。Ω2反映基质材料的配位对称性和结构的有序性，其对组分变化敏感。与Dy3+∶SGB晶 体 相 比，Dy3+/Tb3+∶SGB中 的Ω2,eff增 大，意味着掺入Tb3+后，Dy3+周围的晶体场环境的不对称 性 变 大；Dy3+/Eu3+∶SGB晶 体 中 的Ω2,eff则 变 化不大。结构变化会引起稀土离子能级结构和激发态动力学的变化，造成吸收带或发射带宽化，以及吸收峰或发射峰发生位移等变化。理论谱线强度Scal和实验谱线强度Sexp之间的均方根值（RMS）ΔS为：

其中N表示所有用于计算的吸收谱带的个数，由表2可知误差主要源于平均波长为325 nm和450 nm处的两个波段。

表2 晶体的主要吸收波长、实验谱线强度和理论谱线强度Tab.2 Main absorption wavelengths，experimental and calculated line strengths for absorption bands of crystals at room temper⁃ature

结合上述得到的三参数Ωt（t=2,4,6），可以通过以下公式计算出各个晶体中Dy3+的自发跃迁几率（电偶极跃迁Aed、磁偶极跃Amd和Atotal）、荧光分支比β和辐射寿命τr[37]：

其中Smd为磁偶极跃迁强度，实验谱线强度包括电偶极跃迁和磁偶极跃迁，对于Dy3+离子含有的磁偶极跃迁需要减掉该部分跃迁强度。计算得到的自发跃迁几率、荧光分支比和辐射寿命列于表3。三 个 晶 体 中4F9/2→5H13/2跃 迁 的β值 都 大 于50%，表明晶体有很强的黄光发射能力。从Judd-Ofelt理论拟合结果来看，Dy3+共掺Tb3+、Eu3+后，黄光波段（576 nm）的荧光分支比变化不大，蓝光波段（485 nm）的荧光分支比略有增加；此外，拟合得到Dy3+∶SGB、Dy3+/Tb3+∶SGB和Dy3+/Eu3+∶SGB晶体晶体中Dy3+：4F9/2能级辐射寿命分别为1.87，1.307，1.073 ms，共掺Tb3+和Eu3+后辐射寿命都减小了。

表3 晶体不同偏振方向计算的光谱参数Tab.3 Calculated spectral parameters of crystals for different polarizations

荧光衰减曲线通常为单指数或多指数衰减，本文中晶体为双指数衰减，荧光寿命值根据下式计算:

进一步地，荧光量子效率根据下式进行计算：

其中，τr为辐射寿命，τf为荧光寿命。

双掺晶体中两种稀土离子间相近能级之间的能量传递效率η可以表示为：

其中，τD-A表示两种稀土离子共掺时的能级寿命，τD表示只有激活离子单掺时的能级寿命。

3.3 发射光谱和能量传递机制

在450 nm氙 灯 泵 浦 下，测 试 了Dy3+∶SGB、Dy3+/Tb3+∶SGB和Dy3+/Eu3+∶SGB晶 体 的 室 温 偏 振 发射谱,如图5所示。Dy3+∶SGB晶体主要有4个发射峰，峰值波长分别在485，576，668，757 nm处，分别 对 应 着4F9/2到6H15/2、6H13/2、6H11/2和6H9/2+6F11/2的辐射跃迁，分别位于蓝光、黄光、橙光和红光区域，其中黄光发射最强，与表2中J-O理论分析的荧光分支比结果一致。Dy3+/Tb3+∶SGB晶体的发射峰位置与Dy3+∶SGB晶体相差不大，但是发射强度明显增强，其中π偏振发射谱增强211%。除了Dy3+的发 射 外，Dy3+/Tb3+∶SGB晶 体 中 还 出 现 了Tb3+位 于543 nm和622 nm处的两个发射峰，分别对应于Tb3+的5D4→7F5和5D4→7F3发射跃迁过程。此外，Tb3+在485 nm和583 nm也分别有蓝光和黄光发射，但是和Dy3+的蓝光和黄光发射波段重合。从图3的吸收谱可知，Tb3+在450 nm处并没有吸收峰，然而却在发射谱中观察到了Tb3+的发射，这意味着发生了Dy3+→Tb3+的能量传递过程。Dy3+/Eu3+∶SGB晶体的发射谱与Dy3+∶SGB晶体相差不大，发射强度也相差无几。

图5 Dy3+∶SGB、Dy3+/Tb3+∶SGB和Dy3+/Eu3+∶SGB晶 体 在450 nm氙灯泵浦下的偏振发射谱。Fig.5 Polarized emission spectra of Dy3+∶SGB，Dy3+/Tb3+∶SGB and Dy3+/Eu3+∶SGB crystals under 450 nm Xe⁃non lamp pumped.

发射截面σem是评估激光材料性能的一个重要参数，可以通过Füchtbauer-Ladenburg（F-L）方程计算得到[38-39]：

其中，β、τr分别是前面计算的荧光分支比和辐射寿命，I（λ）是荧光发射强度。Dy3+∶SGB晶体在576 nm处的π偏振和σ偏振发射截面分别为1.8×10-21cm2和1.67×10-21cm2，Dy3+/Tb3+∶SGB晶 体 计算 结 果 分 别 为2.349×10-21cm2和2.19×10-21cm2，而Dy3+/Eu3+∶SGB晶 体 则 分 别 是2.46×10-21cm2和2.25×10-21cm2。对比Dy3+∶SGB晶体，在黄光波段的发射截面增大，表明共掺Tb3+和Eu3+增强了Dy3+的黄光发射能力。

为了进一步研究Dy3+与Tb3+、Eu3+之间的能量传递机制，别测试了Dy3+/Tb3+∶SGB晶 体 在484 nm氙灯 泵 浦和Dy3+/Eu3+∶SGB晶体 在318 nm氙灯泵浦下的室温偏振发射谱，如图6和图7所示。Dy3+/Tb3+∶SGB晶 体 在484 nm激 发 下，Tb3+从 基态7F6受激跃迁至5D4能级，而后分别辐射跃迁至更低的7F3、7F4和7F5能级，发射出红光（622 nm）、黄光（583 nm）和蓝光（485 nm）。值得注意的是，除了Tb3+的发射外，Dy3+/Tb3+∶SGB晶体中还出现了Dy3+在可见光波段的一系列发射峰，但是Dy3+对484 nm的激光是没有吸收的，说明在Dy3+/Tb3+∶SGB晶体中存在Tb3+→Dy3+的能量传递过程。在318 nm激光激发下，Dy3+/Eu3+∶SGB晶体的发射谱中同时出现了Dy3+和Eu3+的发射峰，从文献[35]可知，Eu3+在318 nm处有吸收，而Dy3+在320～330 nm波段也有吸收，因此并不能充分证明发生了Eu3+→Dy3+的能量传递过程。

图6 Dy3+∶SGB和Dy3+/Tb3+∶SGB晶 体 分 别 在450 nm和484 nm激发下的发射谱Fig.6 Emission spectra of Dy3+∶SGB and Dy3+/Tb3+∶SGB crystals at 450 nm and 484 nm excitation respectively

图7 Dy3+∶SGB和Dy3+/Eu3+∶SGB晶 体 分 别 在450 nm和318 nm激发下的发射谱Fig.7 Emission spectra of Dy3+∶SGB and Dy3+/Eu3+∶SGB crystals at 450 nm and 318 nm excitation respectively

激发光谱是一种分析发光体中敏化过程的有效方法。图8中分别在Dy3+∶SGB和Dy3+/Eu3+∶SGB晶体中监测576 nm处的激发光谱，以及在Dy3+/Eu3+∶SGB晶体中监测610 nm处的激发光谱，相应的的激发峰已标于图中。图8（a）、（b）的激发谱峰型一致，且都是Dy3+的激发峰，未明显观察到Eu3+的激发峰，意味着Eu3+不能敏化Dy3+。图8（c）中以Eu3+的特征发射波长作为监测波长，除了Eu3+的激发峰外还观察到了Dy3+的激发峰，证明在Dy3+/Eu3+∶SGB晶体中存在Dy3+→Eu3+的能量传递过程。

图8 Dy3+∶SGB和Dy3+/Eu3+∶SGB晶体的激发谱Fig.8 Excitation spectra of Dy3+∶SGB and Dy3+/Eu3+∶SGB crystals

图9以简化能级图的形式阐述了Dy3+/Tb3+∶SGB和Dy3+/Eu3+∶SGB晶体中的能量传递机制。Dy3+和Tb3+之间的能量传递过程为：在受到450 nm激光激发后，Dy3+从基态6H15/2跃迁至4I15/2能级，由于4I15/2是亚稳态能级，粒子将很快弛豫至Dy3+的激发态能级4F9/2，由 于Dy3+:4F9/2和Tb3+:5D4能级很接近，能量可以很容易地从Dy3+:4F9/2传递到Tb3+:5D4能 级（ET1:4F9/2+7F6→6H13/2+7F4），随后Tb3+离 子向下辐射跃迁；在484 nm氙灯泵浦下，Tb3+被激发至5D4能级，部分能量由Tb3+:5D4传递至Dy3+:4F9/2能级（ET2:5D4+6H15/2→7F4+6H13/2）。

图9 SGB晶体中Dy3+和Tb3+、Eu3+之间的能量传递简化图。Fig.9 Simplified diagram of the energy transfer between Dy3+and Tb3+，Eu3+in SGB crystal.

Dy3+/Eu3+∶SGB晶体中的能量传递过程则更简单，只发生了Dy3+→Eu3+的能量传递（ET4:4F9/2+7F0→6H13/2+7F4），即Dy3+受激跃迁至4I15/2能级，而后通过非辐射跃迁振动弛豫至4F9/2能级。在该过程中会有部分能量弛豫至Eu3+:5D2能级，再以非辐射跃迁方式弛豫至中间态5D1和5D0，最后从5D0以辐射跃迁方式到7F0基态。

此外，我们尝试在800 nm和1 280 nm激发下，监测Dy3+单掺和双掺晶体2 800～3 200 nm波段的发射，但 是没有检测到Dy3+:4F9/2→6H13/2跃迁。这表明Dy3+:6H13/2能级中的粒子数通过非辐射跃迁转移到基态6H15/2，所以不能得到这些晶体的6H13/2能级的寿命的精确值，因而不能证明黄光下能级发生的退激活过程（ET3:6H13/2+7F6→6H15/2+7F4和ET5:6H13/2+7F0→6H15/2+7F4）。

3.4 荧光衰减曲线

为了验证Tb3+、Eu3+离子对Dy3+的影响，测试了Dy3+∶SGB、Dy3+/Tb3+∶SGB和Dy3+/Eu3+∶SGB晶 体中Dy3+:4F9/2能级在450 nm氙灯泵浦下，监测576 nm处的荧光衰减曲线，如图10所示。由对数坐标下的衰减曲线可以看出，三个晶体中Dy3+:4F9/2能级的衰减都不符合单指数衰减，我们采用双指数拟合得到寿 命，Dy3+∶SGB、Dy3+/Tb3+∶SGB和Dy3+/Eu3+∶SGB晶体中的Dy3+:4F9/2能级寿命τf分 别 为1.037，0.951，0.92 ms。因此可以计算得到Dy3+/Tb3+∶SGB晶体中ET1:Dy3+:4F9/2→Tb3+:5D4的能量传递效率η1=1-（0.951/1.037）=8.29%。由于并未生长Tb3+∶SGB晶体，无法评估ET2：Tb3+：5D4→Dy3+：4F9/2的能量传递效率，而Dy3+/Eu3+∶SGB晶体中Dy3+：4F9/2→Eu3+：5D2的能量传递效率η4=1-（0.92/1.037）=11.28%。以上计算结果说明Dy3+：4F9/2只有少部分的能量可以传递给Tb3+和Eu3+。结合前面拟合得到的辐射寿命,计算得到Dy3+∶SGB、Dy3+/Tb3+∶SGB和Dy3+/Eu3+∶SGB晶体中Dy3+的黄光荧光量子 效率分别为58.03%、72.76%、85.74%。共掺Tb3+、Eu3+离子提高了Dy3+的黄光荧光量子效率，对黄光输出有利。表4列举了部分Dy3+掺杂晶体的光谱参数，由表4可知SGB系列晶体的发射截面大小适中，黄光荧光分支比与Dy3+∶Gd3Ga5O12相比更大，和其他晶体相当。与其他晶体相比，SGB晶体中Dy3+:4F9/2能级荧光寿命更长。

图10 Dy3+∶SGB、Dy3+/Tb3+∶SGB和Dy3+/Eu3+∶SGB晶 体 中Dy3+：4F9/2能 级 在450 nm氙灯泵浦下，监测576 nm处的荧光衰减曲线。Fig.10 Fluorescence decay curves of the Dy3+：4F9/2 energy level in Dy3+∶SGB，Dy3+/Tb3+∶SGB and Dy3+/Eu3+∶SGB monitored at 576 nm under 450 nm xenon lamp pumping.

表4 部分Dy3+掺杂晶体的光谱参数Tab.4 Spectral parameters of some Dy3+-doped crystals

4 总 结

本文采用提拉法成功生长了Dy3+∶SGB、Dy3+/Tb3+∶SGB和Dy3+/Eu3+∶SGB单晶，XRD测试结果表明共掺稀土离子未改变晶体的相结构。基于室温偏振吸收谱，运用Judd-Ofelt理论，分别对其发光性能进行了分析和评估。发射谱结果表明，在450 nm氙灯泵浦下，共掺Tb3+和Eu3+增大了Dy3+在黄光波段的发射截面，且Dy3+/Tb3+∶SGB的发射强度增强了211%。Dy3+∶SGB、Dy3+/Tb3+∶SGB和Dy3+/Eu3+∶SGB晶体中Dy3+的黄光荧光量子效率分别为58.03%、72.76%、85.74%，共掺Tb3+、Eu3+离子提高了Dy3+的黄光荧光量子效率，对黄光输出有利。本文还讨论了Dy3+/Tb3+∶SGB和Dy3+/Eu3+∶SGB晶体中的能量传递机制。

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