稀土离子光谱学与能量传递/刘行仁著

(中国稀土科学与技术丛书)

定价：199.00元

出版时间：2024-06

ISBN 978-7-5024-9779-8

9787502497798

内容提要

本书简叙了光的吸收、激发和发射的光谱学，JuddOfelt理论，稀土离子的4f电子能级结构及相关跃迁基本原理；详细叙述稀土离子之间，以及与非稀土离子之间的辐射和无辐射能量传递机理，包括共振能量和IH能量传递理论、声子辅助能量传递、激发能迁移、交叉弛豫能量传递及交换耦合传递等微观和宏观过程机理；讲述了几种稀土上转换发光和激光不同的机制；对发现的新现象和规律进行总结并提出观点。本书对13种三价稀土离子、Eu2+、其他Ln2+的发光和激光等性能，以及与过渡族金属离子间的能量传递逐个进行了详细论述，以便人们对稀土离子的光谱学和能量传递等有全面系统的认识。本书还讲述了这些稀土离子及其功能材料在发光和激光及衍生领域中的应用和可持续发展。

本书可供从事稀土科学研究和生产的技术人员阅读参考，也可作为高等院校相关专业本科生和研究生的教学参考书。

目录

1稀土离子的电子组态、光谱项与跃迁的基本原理1

1.1稀土离子的电子组态1

1.2稀土离子的f—f能级跃迁6

1.34fn—4fn15d（f—d）态与电荷转移态6

1.4Ln3+的f—f超灵敏跃迁10

参考文献11

2光的吸收、发射和JuddOfelt理论13

2.1发光和激光13

2.2JO理论简介16

2.3三参量JO公式17

2.4三参量JO公式的应用18

参考文献21

3固体中辐射能量传递23

3.1辐射能量传递的现象及特征23

3.2辐射能量传递实例24

3.3锐4f谱线中辐射能量传递的判断和处理原则26

参考文献27

4无辐射能量传递理论28

4.1概述28

4.2施主（D）受主（A）共振耦合传递机理和IH理论29

4.3激发能的迁移35

4.4交叉弛豫（CR）能量传递和浓度猝灭36

4.5无辐射能量传递理论的实验例证39

4.6多声子无辐射弛豫47

4.7不同类别离子间的能量传递48

参考文献52

5量子剪裁和多步能量传递55

5.1实现量子剪裁可能途径55

5.2多光子串级发射56

5.3多步能量传递的量子剪裁60

5.4Tb3+Dy3+间交叉弛豫量子剪裁61

5.5两步能量传递62

参考文献65

6稀土离子的上转换发光和激光67

6.1概况67

6.2稀土离子上转换发光机制68

6.3上转换激光73

参考文献76

7Ce3+不同晶场环境下的发光、能量传递及应用80

7.1Ce3+的5d态和发光特性80

7.2判断Ce3+占据晶体中格位的方法85

7.3Ce3+激活的氮化物和氮氧化物的结构、发光性能和晶场作用86

7.4Ce3+Tb3+ 的能量传递89

7.5Ce3+Eu2+的能量传递98

7.6难以发生Ce3+Eu3+高效能量传递的原因99

7.7Ce3+其他三价稀土离子间的能量传递100

7.8Ce3+和Mn2+、Pb2+及Cr3+的能量传递101

7.9Ce3+产生激光和在NIR激光中的作用及MIR吸收光谱105

7.10Ce3+激活的荧光材料的应用107

参考文献112

8Pr3+的光学光谱、发光和激光特性及能量传递117

8.1Pr3+的4f2的Stark能级和4f5d态117

8.2Pr3+的光谱特征120

8.3Pr3+的4f5d态位于1S0能级之上的规律123

8.4Pr3+的4f5d态位于1S0能级之下的规律124

8.5Pr3+的荧光衰减和余辉128

8.6Pr3+的IVCT带130

8.7Pr3+的激光特性131

8.8Pr3+和其他离子的能量传递135

参考文献143

9Nd3+的光学光谱、激光性质及能量传递146

9.1Nd3+的Stark能级和4f25d态位置146

9.2Nd3+的光学光谱和光谱参数152

9.3Nd3+激光概述和特性155

9.4Nd3+  的4F3/24I11/2跃迁的1.06μm激光159

9.5Nd3+  4F3/24I13/2跃迁的1.35μm激光163

9.6掺Nd3+激光晶体的倍频效应164

9.7高能Nd3+激光玻璃和晶体165

9.8Nd3+与其他离子的能量传递167

9.9小结和建议175

参考文献176

10Sm3+的光学光谱、JO分析参数和能量传递181

10.1Sm3+的光学光谱特性181

10.2Sm3+的诸多光谱参数187

10.3Sm3+ 的4f能级振子强度f191

10.4Sm3+ 浓度猝灭和交叉弛豫192

10.5Sm3+上转换发光和Sm3+→Sm3+作用192

10.6RE3+→Sm3+的能量传递194

10.7小结199

参考文献201

11Eu3+的光谱特性、能量传递及在显示照明等应用中的作用204

11.1电荷转移带和4f能级跃迁204

11.2Eu3+的JO分析参数208

11.3Eu3+激活的纳米荧光体210

11.4立方(Y1-xGdx)2O3∶Eu(0＜x≤0.9)新的高效荧光体晶体结构和发光性质214

11.5Eu3+—RE3+其他离子间的能量传递215

11.6类汞离子(Bi3+,Pb2+)Eu3+的能量传递219

11.7Eu3+激活的发光材料应用221

参考文献224

12Gd3+的发光特性和能量传递228

12.1含Gd3+的发光和激光基质材料及应用228

12.2Gd3+的发光（激活剂）229

12.3能量传递中Gd3+的受主作用230

12.4能量传递中Gd3+的施主作用232

12.5Gd3+的中介体作用236

参考文献239

13Tb3+的激光、JO分析参数、发光特性和能量传递241

13.1Tb3+激光、JO分析参数241

13.2Tb3+的发光及5D3能级的量子剪裁244

13.3Ce3+→Tb3+的能量传递和机制249

13.4Tb3+→Ce3+的能量传递250

13.5Tb3+与其他稀土离子的能量传递256

参考文献259

14Dy3+的JO分析参数、发光、激光及能量传递261

14.1Dy3+的精细光学光谱261

14.2Dy3+的JO理论分析的重要参数263

14.3Dy3+新奇的强而锐的614.5nm发射谱线266

14.4Dy3+的红外发射、NIR和MIR激光及光纤268

14.5Dy3+的上转换发光272

14.6Dy3+可见光发射和黄/蓝发射强度比变化规律273

14.7Dy3+激活的发光材料在现代照明中的应用前景276

14.8Dy3+和其他离子的能量传递277

14.9Dy3+和RE3+共掺杂的IR范围内能量传递及NIRMIR（激光）发射285

参考文献286

15Ho3+的JuddOfelt分析参数、上转换和激光291

15.1概况291

15.2Ho3+的光学光谱和4f能级292

15.3Ho3+的JO理论分析参数293

15.4单掺杂Ho3+体系中Ho3+的上转换荧光297

15.5Ho3+和Yb3+共掺杂体系的可见光上转换300

15.6Ho3+的约2.0μm受激发射305

15.7Ho3+与其他离子的能量传递310

15.8提高（5S2,5F4）→5I8能级跃迁发射的可能办法311

参考文献312

16Er3+的JO分析参数、吸收和发射截面及下转换荧光特性316

16.1Er3+的吸收光谱316

16.2Er3+的JO分析参数317

16.3Er3+的Stark能级322

16.4Er3+的下转换可见光发光323

16.5Er3+的吸收截面和发射截面324

16.6硅酸盐中Er3+强1.5μm发射326

16.7Yb3+敏化Er3+的1.50μm发射330

参考文献332

17Er3+的上转换可见光发光334

17.1单掺Er3+的上转换可见光发射及其机制334

17.2Yb3+敏化Er3+的可见光上转换和能量传递337

17.3基质晶格、掺杂剂等因素对Er3+的光谱性质影响347

17.4提高Er3+上转换可见光发射拙见354

参考文献355

18Er3+的激光材料和性能、发光和激光材料应用358

18.1Er3+的上转换可见激光358

18.21.5μm Er3+的NIR激光359

18.3Er3+的中红外(MIR)2.7～3.0μm激光369

18.4Er3+掺杂的发光和激光材料应用376

参考文献379

19.1Tm3+的光谱特性和JO参数383

19.2Tm3+与其他离子的能量传递389

19.3Tm3+的上转换发光395

19.4Tm3+的上转换激光400

19.5Tm3+的1.75～2.3μm的光谱和激光性质400

19.6Tm3+光子制冷和更精准的锶光学晶格钟407

参考文献408

20.1Yb3+的光学光谱特性412

20.2Yb3+的电荷转移态(CTS)或电荷转移带(CTB)414

20.3Yb3+的电荷转移态(CTS)和闪烁体415

20.4Yb3+激光416

20.5Yb3+和其他离子的能量传递425

参考文献429

21Eu2+的4f6(7FJ)5d′电子组态结构和发光光谱特征434

21.1Eu2+的电子组态特征434

21.2Eu2+的吸收和发射光谱特征435

21.3Eu2+最低5d态的能量位置判定和Eu离子价态440

21.4稀土离子的f—d和f—f能级跃迁性质比较443

参考文献444

22Eu2+激活的稀土发光材料及应用原理446

22.1Eu2+激活的灯用蓝色铝酸盐荧光体446

22.2BAM∶Eu,Mn荧光粉发光性能在线监测448

22.3高效Eu2+激活的氯硅酸盐449

22.4Eu2+激活的蓄光型长余辉荧光体和EuAl2O4荧光体453

22.5碱土金属硫化物MS∶Eu2+(M=Ca,Sr,Ba)及其发展史455

22.6电子俘获光储存光探测材料458

22.7白光LED照明用Eu2+激活的荧光体466

22.8Eu2+激活的硅酸盐发光和特性472

22.9Eu2+激发的多元硫化物发光和特性473

22.10Eu2+、Ce3+激活的MI2（M=Sr，Ba，Ca）碘化物闪烁体476

22.11Eu2+和其他金属离子的能量传递476

参考文献477

23其他二价稀土离子的发光光谱485

23.1概况485

23.2Sm2+的电子组态和光谱性质486

23.3Yb2+的电子组态和光谱性质492

23.4Sm2+的激光性质497

23.5其他二价重稀土离子的光谱和激光性质498

参考文献498

24.1发光材料及应用501

24.2固体激光世纪发展简要回顾504

24.3挑战507

24.4发展展望508

参考文献514