本書簡明敘述了光的吸收、激發(fā)和發(fā)射的光學光譜學,Judd-Ofelt理論,稀土離子的4f電子能級結(jié)構(gòu)及相關躍遷基本原理。詳細敘述了稀土離子之間及與非稀土離子之間的輻射和無輻射能量傳遞機理。包括共振能量和I-H能量傳遞理論,聲子輔助能量傳遞,激發(fā)能遷移,交叉馳豫能量傳遞及交換耦合傳遞等微觀和宏觀過程機理。講述了幾種稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光和激光不同的機制。對發(fā)現(xiàn)的新現(xiàn)象和規(guī)律進行了總結(jié)并提出觀點。減少有關經(jīng)典公式推算,盡量結(jié)合筆者團隊工作增強圖、表和文并茂的解釋和分析,有利于對稀土離子性質(zhì)更直觀認識及新材料和器件設計與應用。接著對13種三價稀土離子,Eu2+,其它Ln2+離子的發(fā)光和激光等性能,及其包括與過渡族金屬離子間的能量傳遞逐個詳細論述,以便人們對稀土離子的光學光譜學和能量傳遞等有全面系統(tǒng)認識。
劉行仁,1937年10月生,1962年8月北京大學技術物理系畢業(yè),分配到中國科學院物理研究所工作;1983年5月至1985年6月在美國紐約布魯克林理工大學和荷克拉荷馬州立大學進修。曾任中科院長春光學精密機械與物理研究所主任研究員,博士生導師,國家發(fā)改委稀土專家組成員,中國稀土學會理事兼中國稀土學會發(fā)光專業(yè)委員會副主任,中國物理學會發(fā)光分科學會理事,吉林省有突出貢獻科技專家。
目 錄1 稀土離子的電子組態(tài)、光譜項與躍遷的基本原理1.1稀土離子的電子組態(tài)1.2 稀土離子的f-f能級躍遷1.3 4fn-4fn-15d(f-d)態(tài)與電荷轉(zhuǎn)移態(tài)(CTS)1.4 Ln3+離子的f-f超靈敏躍遷2 光的吸收、發(fā)射和Judd-Ofelt理論及應用2.1 發(fā)光和激光2.2 J-O理論簡介2.3 三參量J-O公式2.4 三參量J-O公式的應用3 固體中輻射能量傳遞3.1 輻射能量傳遞現(xiàn)象及特征3.2 輻射能量傳遞實例3.3 銳4f譜線中的輻射能量傳遞的判斷和處理原則4 無輻射能量理論4.1 概述4.2 施主D-受主A共振能量傳遞機理和I-H理論4.3 激發(fā)能的遷移4.4 交叉弛豫(CR)能量和濃度猝滅4.5 無輻射能量傳遞理論的實驗例證4.6多聲子無輻射弛豫4.7 不同類別離子間的能量傳遞5 量子剪裁和多步能量傳遞5.1實現(xiàn)量子剪裁可能途徑5.2 多光子串級發(fā)射5.3 多步能量傳遞的量子剪裁5.4 Tb3+-Dy3+離子間交叉弛豫5.5 兩步能量傳遞6 稀土離子的上轉(zhuǎn)換發(fā)光和激光6.1概況6.2 稀土離子上轉(zhuǎn)換發(fā)光機制6.3 上轉(zhuǎn)換激光7 Ce3+離子不同晶場環(huán)境下的發(fā)光、能量傳遞及應用7.1 Ce3+離子的5d態(tài)和發(fā)光特性7.2判斷Ce3+離子占據(jù)晶體中格位方法7.3 Ce3+激活的氮化物和氮氧化物的結(jié)構(gòu)、發(fā)光性能和晶場作用7.4 Ce3+→Tb3+ 離子間的能量傳遞7.5 Ce3+→Eu2+離子間的能量傳遞7.6 為何難以發(fā)生Ce3+→Eu3+離子間高效能量傳遞7.7 Ce3+→其它三價稀土離子間的能量傳遞7.8 Ce3+和Mn2+,Pb2+及Cr3+離子間的能量傳遞7.9 Ce3+離子能產(chǎn)生激光嗎,在NIR激光中作用及MIR吸收光譜7.10 Ce3+激活的熒光材料的應用8 Pr3+離子的光學光譜、發(fā)光和激光特性及能量傳遞8.1 Pr3+離子的4f2的Stark能級和4f5d態(tài)8.2 Pr3+離子的光譜特征8.3 Pr3+離子的4f5d態(tài)位于1S0能級之上的規(guī)律8.4 Pr3+離子的4f5d態(tài)位于1S0能級之下的規(guī)律8.5 Pr3+離子的熒光衰減和余輝8.6 Pr3+離子的IVCT帶8.7 Pr3+離子的激光特性8.8 Pr3+離子和其它離子間的能量傳遞9 Nd3+離子的光學光譜、激光性質(zhì)及能量傳遞9.1 Nd3+的Stark能級和4f25d態(tài)位置9.2 Nd3+的光學光譜和光譜參數(shù)9.3 Nd3+激光概述和特性9.4 Nd3+ 4F32→4I112躍遷的1.06μm激光 Nd3+ 4F32→4I132躍遷的1.35μm激光9.6 摻Nd3+激光晶體的倍頻效應9.7 高能Nd3+激光玻璃和晶體9.8 Nd3+與其它離子間的能量傳遞9.9 小節(jié)和建議10 Sm3+離子光學光譜、J-O分析參數(shù)和能量傳遞10.1 Sm3+離子的光學光譜特性10.2 Sm3+離子的諸多光譜參數(shù)10.3 Sm3+ 離子的4f能級及振子強度f10.4 Sm3+ 離子濃度猝滅和交叉馳豫10.5 Sm3+離子上轉(zhuǎn)換發(fā)光和Sm3+-Sm3+離子間作用10.6 RE3+-Sm3+離子之間的能量傳遞10.7 小結(jié)11 Eu3+離子的J-O分析參數(shù)、發(fā)光特性和能量傳遞11.1 電荷轉(zhuǎn)移帶(CTB)和4f能級躍遷11.2 Eu3+離子的J-O分析參數(shù)11.3 Eu3+激活的納米熒光體11.4立方(Y1-xGdx)2O3:Eu(0﹤x≤0.9)新的高效熒光體晶體結(jié)構(gòu)和發(fā)光性質(zhì)11.5 Eu3+—RE3+其它離子間的能量傳遞11.6 類汞離子(Bi3+,Pb2+)→Eu3+離子間的能量傳遞11.7 Eu3+激活的發(fā)光材料應用12 Gd3+離子的發(fā)光特性和能量傳遞12.1 含Gd3+的發(fā)光和激光基質(zhì)材料及應用12.2 Gd3+離子的發(fā)光(激活劑)12.3 能量傳遞中Gd3+離子的受主作用12.4 能量傳遞中Gd3+離子的施主作用12.5 Gd3+離子的中介體(intermidiary)作用13 Tb3+離子的激光J-O分析參數(shù)、發(fā)光特性和能量傳遞13.1 Tb3+離子激光,J-O分析參數(shù)13.2 Tb3+離子的發(fā)光及5D3能級的量子剪裁13.3 Ce3+→Tb3+離子間的能量傳遞和機制13.4 Tb3+→Ce3+離子間的能量傳遞13.5 Tb3+與其它稀土離子間的能量傳遞14 Dy3+離子的J-O分析參數(shù)、發(fā)光特性和能量傳遞14.1 Dy3+離子的精細光學光譜14.2 Dy3+的J-O理論分析的重要參數(shù)14.3 Dy3+離子新奇的強而銳的614.5nm發(fā)射譜線14.4 Dy3+離子的紅外發(fā)射,NIR和MIR激光及光纖14.5 Dy3+離子的上轉(zhuǎn)換發(fā)光14.6 Dy3+離子可見光發(fā)射和黃藍發(fā)射強度比變化規(guī)律14.7 Dy3+激活的發(fā)光材料在現(xiàn)代照明中的應用前景14.8 Dy3+離子和其它離子間的能量傳遞及應用前景原理14.9 Dy3+和RE3+共摻雜的IR范圍內(nèi)能量傳遞及NIR-MIR(激光)發(fā)射15 Ho3+離子的J-O分析參數(shù)、上轉(zhuǎn)換和激光15.1 概況15.2 Ho3+離子的光學光譜和4f能級15.3 Ho3+離子的J-O理論分析參數(shù)15.4 單參雜Ho3+離子體系中Ho3+的上轉(zhuǎn)換熒光15.5 Ho3+和Yb3+共摻雜體系的可見光上轉(zhuǎn)換15.6 Ho3+離子的~2.0μm受激發(fā)射15.7 Ho3+與其它離子間的能量傳遞15.8 提高(5S2,5F4)→5I8能級躍遷發(fā)射可能辦法16 Er3+離子(I)-J-O分析參數(shù)、吸收和發(fā)射截面及下轉(zhuǎn)換熒光特性16.1 Er3+離子的吸收光譜16.2 Er3+離子的J-O分析參數(shù)16.3 Er3+離子的Stark能級16.4 Er3+離子的下轉(zhuǎn)換可見光發(fā)光16.5 Er3+離子的吸收截面和發(fā)射截面16.6 硅酸鹽中Er3+離子強1.5μm發(fā)射16.7 Yb3+敏化Er3+離子的1.50μm發(fā)射17 Er3+離子(Ⅱ)-上轉(zhuǎn)換可見光發(fā)光17.1單摻Er3+離子的上轉(zhuǎn)換可見光發(fā)射及其機制17.2 Yb3+敏化Er3+離子可見光上轉(zhuǎn)換和能量傳遞17.3基質(zhì)晶格,摻雜劑等因素對Er3+離子的光譜性質(zhì)影響17.4提高Er3+離子上轉(zhuǎn)換可見光發(fā)射拙見18 Er3+離子(Ⅲ)-激光材料和性能、發(fā)光和激光材料應用18.1 Er3+離子的上轉(zhuǎn)換可見激光18.2 ~1.5μm Er3+的NIR激光18.3 Er3+離子的中紅外(MIR)2.7-3.0μm 激光18.4 Er3+摻雜的發(fā)光和激光材料應用19 Tm3+離子的光學光譜、能量傳遞、上轉(zhuǎn)換及中紅外激光19.1 Tm3+離子的光譜特性和J-O參數(shù)19.2 Tm3+離子與其它離子間的能量傳遞19.3 Tm3+離子的上轉(zhuǎn)換發(fā)光19.4 Tm3+離子的上轉(zhuǎn)換激光19.5 Tm3+離子的1.75~2.3?m的光譜和激光性質(zhì)19.6 Tm3+離子光子制冷和更精準鍶光學晶格鐘20 Yb3+離子的光譜、電荷轉(zhuǎn)移態(tài)、激光特性及能量傳遞20.1 Yb3+離子的光學光譜特性20.2 Yb3+的電荷轉(zhuǎn)移態(tài)(CTS)或電荷轉(zhuǎn)移帶(CTB)20.3 Yb3+的電荷轉(zhuǎn)移態(tài)(CTS)和閃爍體20.4 Yb3+離子激光20.5 Yb3+和其它離子間的能量傳遞21 Eu2+離子的4f6(7FJ)5d1電子組態(tài)結(jié)構(gòu)和發(fā)光光譜特征21.1 Eu2+離子的電子組態(tài)特征21.2 Eu2+離子的吸收和發(fā)射光譜特征21.3 Eu2+離子最低5d態(tài)的能量位置判定和Eu離子價態(tài)21.4 稀土離子的f-d和f-f能級躍遷性質(zhì)比較22 Eu2+離子激活的稀土發(fā)光材料及應用原理22.1. Eu2+激活的燈用藍色鋁酸鹽熒光體22.2 BAM:Eu,Mn熒光粉發(fā)光性能在線監(jiān)測22.3高效Eu2+激活的氯硅酸鹽22.5堿土金屬硫化物MS:Eu2+(M=Ca,Sr,Ba)及其發(fā)展史22.6電子俘獲-光儲存-光探測材料22.7.白光LED照明用Eu2+激活的熒光體22.8 Eu2+激活的硅酸鹽發(fā)光和特性22.9 Eu2+激發(fā)的多元硫化物發(fā)光和特性22.10 Eu2+,Ce3+激活的MI2(M=Sr,Ba,Ca)碘化物閃爍體22.11 Eu2+離子和其它金屬離子間的能量傳遞23 其它二價稀土離子的發(fā)光光譜23.1概況23.2 Sm2+離子的電子組態(tài)和光譜性質(zhì)23.3 Yb2+離子的電子組態(tài)和光譜性質(zhì)23.4 Sm2+離子的激光性質(zhì)23.5 其它二價重稀土離子的光譜和激光性質(zhì)24 回顧和展望24.1 發(fā)光材料及應用24.2 固體激光世紀發(fā)展簡要回顧24.3 挑戰(zhàn)24.4 發(fā)展展望 參考文獻 索引