稀土发光材料、稀土荧光粉、用途功能技术介绍
自古以来，人类就喜欢光明而害怕黑暗，梦想能随意地控制光，现在我们已开发出很多实用的发光材料。在这些发光材料中，稀土元素起的作用很大，稀土的作用远远超过其它元素。
一、稀土发光材料
物质发光现象大致分为两类：一类是物质受热，产生热辐射而发光，另一类是物体受激发吸收能量而跃迁至激发态（非稳定态）在反回到基态的过程中，以光的形式放出能量。以稀土化合物为基质和以稀土元素为激活剂的发光材料多属于后一类，即稀土荧光粉。稀土元素原子具有丰富的电子能级，因为稀土元素原子的电子构型中存在4f轨道，为多种能级跃迁创造了条件，从而获得多种发光性能。稀土是一个巨大的发光材料宝库，在人类开发的各种发光材料中，稀土元素发挥着非常重要的作用。
自1973年世界发生能源危机以来，各国纷纷致力于研制节能发光材料，于是利用稀土三基色荧光材料制作荧光灯的研究应运而生。1979年荷兰菲利浦公司首先研制成功，随后投放市场，从此，各种品种规格的稀土三基色荧光灯先后问世。随着人类生活水平的不断提高，彩电已开始向大屏幕和高清晰度方向发展。稀土荧光粉在这些方面显示自己十分优越的性能，从而为人类实现彩电的大屏幕化和高清晰度提供了理想的发光材料。
稀土荧光材料与相应的非稀土荧光材料相比，其发光效率及光色等性能都更胜一筹。因此近几年稀土荧光材料的用途越来越广泛，年用量增长较快。
根据激发源的不同，稀土发光材料可分为光致发光（以紫外光或可见光激发）、阴极射线发光（以电子束激发）、X射线发光（以X射线激发）以及电致发光（以电场激发）材料等。
二、光致发光材料—灯用荧光粉
灯用发光材料自70年代末实用化以来，促使稀土节能荧光灯、金属卤化物灯向大功率、小型化、低光衰、高光效、高显色、无污染、无频闪、实用化、智能化、艺术化方向发展。主要用于各类不同用途的光源，如照明、复印机光源、光化学光源等。其中三基色荧光粉（由红、绿、蓝三种稀土的荧光粉按一定比例混合而成）制成的节能灯，由于光效高于白炽灯二倍以上，光色也好，受到世界各国的重视。稀土发光材料的质量提高和应用技术的发展，推动了新一代节能光源的科研、生产、应用，并带动了许多相关行业的发展，配套能力不断增强。
上转换发光的原理
上转换发光是一种发光机制，其基本原理是将低能量的光通过能量转移的方式转换成高能量的光，从而产生发光。其过程可以简单地描述为：
1.低能量激发：在材料中注入能量，如电子、光子或热能等，激发其内部的电子。
2.能量转移：将激发的电子与材料中的特定离子（一般为稀土离子）相互作用，使电子的能量转移到该离子上。
3.上转换：离子吸收电子的能量后，所处的能级升高，达到一个激发态。在激发态中，离子放出高能量的光子，并从激发态回到基态。
4.发光：由于离子的能量较高，它所发出的光子的能量也较高，通常是可见光或近红外光，因此可以看到发光现象。
上述过程是一个连续的循环，激发态离子释放高能量的光子，回到基态。这种发光机制应用广泛，如荧光材料、液晶显示器背景光源等技术领域。
一、背景
早在1959年就出现了上转换发光的报道，Bloemberge在Physical Review Let— ter上发表的一篇文章提出，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，意外发现，当基质材料中掺入Yb3+离子时，Er3+、H03+和Tm3+离子在红外光激发时，可见发光几乎提高了两个数量级，由此正式提出了“上转换发光”的观点。
二、优点
上转换发光具有如下优点：①可以有效降低光致电离作用引起基质材料的衰退；②不需要严格的相位匹配，对激发波长的稳定性要求不高；③输出波长具有一定的可调谐性。
三、稀土上转换材料的应用
随着频率上转换材料研究的深入和激光技术的发展，人们在考虑拓宽其应用领域和将已有的研究成果转换成高科技产品。上转换发光在上转换激光器、光纤放大器、三维立体显示和防伪领域都具有很好的应用前景。上转换研究的一个主要应用，是以它作为泵浦机制来实现篮、绿和紫波段的激光器。上转换激光器以其体积小、可产生可见光波长的激光倍受重视。
随着80年代半导体激光器的迅速发展和稀土离子掺杂的玻璃光纤质量的提高，以半导体激光器作共振泵浦的上转换光纤激光器的研究以其转换效率高、激光阈值低、体积小、结构简单可靠等优良性引起了重视。随着科学技术的发展，人们已经不满足于现有的信息成果。在显示领域中，由于经济、科技、教育、交通等领域的需要，以实现逼真及大容量信息显示的三维立体显示越来越适应人们的要求，并要求显示器能够显示更多、更快和更复杂的立体图像。上转换三维立体显示器正是适应这种要求而产生的，它
不仅可以再现各种实物的立体图像，而且可以随心所欲的显示各类计算机处理的高速动态立体图像。
四、目前存在的问题
稀土离子上转换发光材料的研究是发光材料研究中的一个热点。就目前而言，其上转换发光的机理、稀土离子的掺杂方案、基质材料、上转换发光效
1 上转换发光材料
作者：XXX 学号：XXXXXXXX
一、上转换材料的简介
上转换发光，即：反-斯托克斯发光（Anti-Stokes），由斯托克斯定律而来。斯托克斯定
律认为材料只能受到高能量的光激发，发出低能量的光，换句话说，就是波长短的频率高的
激发出波长长的频率低的光。比如紫外线激发发出可见光，或者蓝光激发出黄色光，或者可见光激发出红外线。但是后来人们发现，其实有些材料可以实现与上述定律正好相反的发光
效果，于是我们称其为反斯托克斯发光，又称上转换发光。
自1959年出现上转换发光报道以来，世界各地对其进行了广泛而深入的研究。90年代
初，随着大功率LD的出现，上转换材料迎来了发展高峰。近年来，随着激光技术的不断改
进和新激光材料的不断出现，激光泵浦产生的频率上转换发光在全固化紧凑可见光激光器、光纤放大器等方面的应用，引起了人们极大的兴趣，并取得了很大的进展。
二、上转换材料的分类
对上转换材料的分类一般有两种分类方法，一是根据掺杂离子，一是根据基质材料。
根据掺杂离子分类可将上转换材料可分为单掺和双掺两种。单掺材料利用稀土离子f-f禁戒跃迁，效率不高。双掺稀土离子则是以高浓度掺入一个敏化离子，其激发态高于激活离
子激发亚稳态，因此可将吸收的红外光子能量传递给这些激活离子，发生双光子或多光子加
和，从而实现上转换过程。
根据基质材料可分为5类，包括氟化物、氧化物、氟氧化物、卤化物和含硫化合物。其
中就上转换发光效率而言，一般认为氯化物＞氟化物＞氧化物，这是单纯从材料的声子能量方面来考虑的，这个顺序恰与材料的结构稳定性顺序相反。
三、上转换材料的发光机理
稀土离子的上转换发光是基于稀土元素4f电子间的跃迁产生的。大体上可将上转换过
程归结为三种形式：激发态吸收，能量转移和光子雪崩。 2.1激发态吸收（ESA） 激发态吸收过程（ESA）是是一种最为常见的上转换发光过程，其原理见图1所示：发
光中心处于基态能级E1上的离子吸收一个能量为Φ1的光子跃迁至中间亚稳态E2能级。如
