Ce:YAG荧光陶瓷掺杂Gd对白光LED发光性能的影响

Ce: YAG荧光陶瓷具有突出的导热性及化学稳定性, 相比有机硅胶封装法在高功率白光LED的应用上具有更广阔的应用前景。本研究采用真空固相烧结法制备了不同Gd掺杂浓度的(Gd, Y)₃Al₅O₁₂:Ce样品, 通过XRD, SEM及荧光光谱等表征手段, 研究了Gd掺杂对Ce:YAG荧光陶瓷的晶体结构及其用于白光LED时对发光性能的影响。实验表明, 随着Gd掺杂浓度的提高, Gd³⁺取代Y³⁺ 的位置进入晶格, 使得样品的晶格常数增加。Gd³⁺还影响了Ce³⁺对蓝光的吸收, 同时Ce³⁺将蓝光转换成黄光的效率也下降, 导致光效从81.45 lm/W降低至63.70 lm/W。Gd的掺 杂使Ce³⁺的光致发光谱峰位从534 nm向564 nm红移, 显色指数从61.3提升至70.2。Gd的掺杂虽然降低了发光 效率, 但显著提高了(Gd, Y)₃Al₅O₁₂:Ce样品的显色指数, 使得黄色YAG荧光陶瓷应用于白光LED的性能得到了 提高。     

Nd:YAG透明陶瓷的研究进展

掺钕钇铝石榴石(Nd:Y3Al5O12,Nd:YAG)多晶陶瓷具有易制造、成本低、尺寸大、掺杂原子分数高、热导率高、耐热冲击性好、可大批量生产、易实现多层和多功能的陶瓷结构等优点,是目前应用范围最广的固体激光材料。综述了近年来国内外关于YAG激光透明陶瓷的最新研究成果,展望了陶瓷激光器的未来发展价值。     

Sol-gel法制备YAG:Ce荧光薄膜

以硝酸盐为原料,采用Sol-gel法在石英玻片上制备了立方相铈元素掺杂的钇铝石榴石(YAG∶Ce)荧光薄膜,并探讨了匀胶层数和热处理温度对荧光薄膜晶型和光谱性能的影响。结果表明,随着匀胶层数的增加和热处理温度的升高,YAG∶Ce荧光薄膜的结晶度和发射光谱强度均得到提高;在匀胶层数不小于6时,YAG∶Ce荧光薄膜的晶型完整,同时发射峰强度高,具备实际应用潜力。     

Nd:YAG透明陶瓷的制备与激光输出

成功制备了高质量的Nd:YAG透明陶瓷, 激光测试样品的尺寸为3mm×3mm×3mm, 双面抛光、未镀膜, 最高连续输出能量为1003mW, 斜率效率为14%.     

混合沉淀剂对YAG:Ce荧光粉性能的影响

采用沉淀法,以不同配比的NH4HCO3+NH3.H2O作为混合沉淀剂制备了YAG:Ce荧光粉。利用激发光谱、发射光谱、XRD和TEM对其光学特性和形貌进行了研究。结果表明,使用混合沉淀剂可提高YAG:Ce荧光粉的发光强度,当混合沉淀剂为1mol/L碳酸氢铵+4mol/L氨水时,荧光粉的发光强度最大,样品的生成物为纯YAG相粉体,其粒径分布均匀,分散性良好,呈球形,颗粒大小为1μm左右。     

Yb:YAG透明陶瓷的制备和激光输出

制备了高质量的Yb:YAG透明陶瓷. Yb:YAG透明陶瓷的晶粒尺寸为10μm左右且分布均匀, 晶界处和晶粒中没有杂质、气孔的存在. Yb:YAG样品中所有元素分布均匀, 不同的晶粒间, 晶粒和晶界间成分是一致的, 没有出现成分的偏析. 4mm厚样品的透过率为80％. LD泵浦获得了波长为1030nm, 最大功率为268mW的连续激光输出.     

Ce:YAG晶体色心和缺陷的伽马射线辐照研究

利用伽玛射线研究了Ce3+:Y3Als O12晶体的辐照色心缺陷,比较了采用提拉法和温梯法生长的Ce3+;Y3Al5O12晶体中产生的不同色心缺陷,并利用吸收光谱、激发发射光谱和退火等方法分析了晶体中235nm和370nm色心吸收带的形成原因,指出晶体中的235nm吸收带由F+色心引起.进一步分析了YAG晶体的辐照,证实了370hm色心的来源,表明370nm吸收带与F-类色心相关.     

1.3at%Nd:YAG透明陶瓷的制备及激光性能研究

以高纯氧化物商业粉体为原料, 采用固相反应和真空烧结技术, 制备了高质量的1.3at%Nd:YAG透明陶瓷. 研究了室温下Nd:YAG透明陶瓷的显微结构、光谱及激光性能. 实验结果表明, Nd:YAG透明陶瓷主要以穿晶方式断裂; 平均晶粒尺寸为15μm, 且分布均匀; 晶粒中和晶界处没有检测到杂质和气孔存在, 且成分一致, 无偏析现象. 退火后样品在激光波长1064nm处的透过率高达82.4%; 主吸收峰位于808.6nm处, 峰值吸收系数为4.45cm^-1, 激光波长1064nm处的吸收系数为0.11cm^-1; 主荧光发射峰位于1064nm处, 半高宽为0.82nm, 荧光寿命为258μs. 用LD端面泵浦Nd:YAG陶瓷样品(泵浦源最大输出功率为1000mW), 获得了波长为1064nm的连续激光输出, 激光阈值约530mW, 斜率效率为23.2%, 最大泵浦吸收功率为731mW时, 最大输出功率为45mW.     

高光学质量Yb:YAG透明陶瓷的制备及激光参数研究

以高纯Y₂O₃,α-Al₂O₃,Yb₂O₃粉体作为原料,采用固相反应和真空烧结法(1750℃,30h)制备了高光学质量的Yb:YAG透明陶瓷。5.0at%Yb:YAG陶瓷中Yb³⁺的实测浓度为6.41×10²⁰ cm^-3,晶胞密度为4.65 g/cm³。本工作重点研究了Yb:YAG陶瓷的显微结构、光谱特性和激光性能参数。场发射扫描电镜(FESEM)结果表明,Yb:YAG陶瓷的结构均匀致密、晶界干净平直,平均晶粒尺寸为(19±3)μm。该陶瓷样品(厚度为4.0 mm)在400 nm处的直线透过率为82.5%,在1100 nm处的透过率为85.2%。泵浦波长940 nm处的泵浦饱和光强最小,激光波长1030 nm处的泵浦阈值功率最低,940 nm泵浦1030 nm激光的品质因子为1.02×10^-22 cm·s。通过计算增益截面表明Yb:YAG陶瓷宽带可...     

Ce~(3+)掺杂YAG透明陶瓷的制备与光性能研究

采用高纯微米级商业原料(≥99.99%)α-Al2O3、Y2O3和CeO2,用固相反应法制备了0.3at%Ce3+∶YAG透明陶瓷.粉体经行星式球磨,陶瓷素坯在1750℃真空烧结10h,真空度10-3Pa,双面抛光后,厚度为1.2mm的透明陶瓷试样在可见光区500~900nm的直线透过率可达80%左右,光学均匀性良好.荧光光谱分析表明,发射峰位于500~700nm之间,这是Ce3+的特征发射.结果表明,Ce∶YAG透明陶瓷的发光性能与相应的单晶相当,有望作为闪烁材料应用于中低能量射线(α、β粒子等)的探测.     

光学基质粉体YAG及荧光粉体Ce:YAG的制备与表征

采用共沉淀法制备出尺寸分布均匀、分散性良好的立方相钇铝石榴石(YAG)与Ce:YAG纳米粉体.考察了煅烧温度和时间对粉体物相和颗粒大小的影响及Ce~(3+)的掺杂量对Ce:YAG粉体的荧光光谱的影响.借助IR、XRD、BET、SEM和荧光分析仪等测试手段对前驱体、YAG及Ce:YAG纳米粉体进行了表征与分析.结果表明:共沉淀前驱体经900℃煅烧2h后可得到纯立方相的YAG(Ce:YAG)纳米粉体;所得Ce:YAG粉体具有较好的荧光特性且Ce~(3+)的掺杂量增加会造成其荧光光谱红移.     

Properties of transparent Ce:YAG ceramic phosphors for white LED

Transparent Ce:YAG ceramic phosphors were synthesized from the oxide powder which was produced by co-preparation method of the hydroxides. The Ce:YAG ceramics had a broad emission band peaked at 530 nm due to the 5d → 4f transition of Ce³⁺. The transmittances of the samples obtained were 70-87% at 800 nm. The absorption coefficient and emission intensity of Ce³⁺ were increased with increasing thickness. Under 465 nm LED excitation, the color coordinates of the Ce:YAG ceramics shifted from the blue region to yellow region with increasing sample thickness, passing nearby the theoretical white point in the chromaticity diagram. The highest value of luminous efficacy of the ceramic white LED was 73.5 lm/W.     

YAG:Ce3+ Transparent Ceramic Phosphors Brighten the Next-Generation Laser-Driven Lighting

Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺ (YAG:Ce³⁺) transparent ceramic phosphors (TCPs) are regarded as the most promising luminescent converter for laser-driven (LD) lighting. High-quality YAG:Ce³⁺ TCPs are still urgent for high efficiency LD lighting devices. YAG:Ce³⁺ TCPs in a vacuum ambience by using nano-sized raw materials are prepared. Controlling defects by adding nano-sized MgO and SiO₂ simultaneously enables a high transmittance nearly 80%. After annealing in air furthermore, the luminous efficiency is enhanced greatly from 106 to 223 lm W⁻¹, which is the best result reported now for LD lighting. These results demonstrate that the optimizing YAG:Ce³⁺ TCPs in a fitting strategy will brighten once again in the next-generation LD lighting. Based on scanning electron microscopy (SEM) coupled with a cathodoluminescence system, defects and Ce³⁺ distributions in grains are identified directly for the first time.     

Doubly Q-switched tape casting YAG/Nd:YAG/YAG ceramic laser

A doubly Q-switched 1.06 μm pulsed laser using a novel tape casting YAG/Nd:YAG/YAG composite ceramic with a sandwich structure was demonstrated for the first time. Compared to purely acousto-optical (AO) Q-switching, this laser using an AO Q-switch and Cr⁴⁺:YAG saturable absorber simultaneously can generate shorter pulses. The pulsed laser performance was investigated at two modulated repetition rates of 10 and 20 kHz.     

高透光率Nd:YAG透明陶瓷的制备与性能研究

以Y(NO₃)₃·6H₂O、Al (NO₃)₃·9H₂O、(NH₄)₂SO₄和Nd(NO₃)₃为原料, NH₄HCO₃为沉淀剂, 以TEOS作为添加剂, 采用共沉淀法制备出Nd:YAG前驱体粉体; 前驱体经过1200℃煅烧5h后, 得到分散性好, 颗粒近似球型、纯YAG立方相的Nd:YAG纳米粉体, 其平均粒径约为100nm. 煅烧后的粉体压制成素坯, 在1700～1800℃煅烧10h, 可获得透光性良好的Nd:YAG激光透明陶瓷, YAG晶粒的平均尺寸为15μm, 晶界处和晶粒内没有杂质、气孔存在, 无散射中心. 1.5mm厚的样品在近红外波长为1064nm处透过率为83.5%, 基本接近于透明Nd:YAG晶体的理论值.     

醇水共沉淀法制备Yb:YAG透明陶瓷及其性能研究

Yb:YAG透明陶瓷由于具有宽的吸收带和发射带、高增益、低的热负载、长的荧光寿命、高的量子效率等优点而成为有应用前景的高功率固体激光器用增益介质。本研究优化了粉体的性能并制备了高透明的Yb:YAG陶瓷。以碳酸氢铵为沉淀剂, 分别以纯水或乙醇/水混合物为溶剂, 采用共沉淀法合成了5at%Yb:YAG纳米粉体。在1250 ℃下煅烧4 h得到的所有粉体均为纯YAG相。与纯水溶剂制备的粉体相比, 醇水溶剂制备的粉体具有更小的平均晶粒尺寸和更低的团聚程度。以醇水溶剂制备的粉体为原料, 采用真空烧结法在不添加烧结助剂的情况下成功制备了5at%Yb:YAG透明陶瓷, 并对1500~1825 ℃烧结20 h和1800 ℃烧结10~50 h所得陶瓷的微观结构和直线透过率进行了探究。除在1825 ℃下烧结20 h所得的陶瓷外, 其余的5at%Yb:YAG陶瓷都具有均匀的微观结构。在1800 ℃下烧结50 h制备的5at%Yb:YAG陶瓷具有最高的光学质量, 在1100和400 nm处的直线透过率分别为78.6%和76.7%(样品厚度为2.2 mm)。该Yb:YAG透明陶瓷在937 nm处的吸收截面为5.03×10^-21 cm², 在1031 nm处的发射截面为13.48×10^-21cm²。     

LED用荧光玻璃的制备及性能研究

以行星球磨得到的SiO₂粉体和商用Ce:YAG荧光粉为原料, 采用放电等离子体烧结技术(简称SPS)成功制备块体荧光玻璃。利用XRD、SEM、紫外/可见光分光光度计和荧光光谱仪等研究了Ce:YAG荧光玻璃的物相、显微结构、吸收和发光性能等。研究结果表明: SPS烧结制备的块体荧光玻璃样品主体是非晶相, 同时荧光粉颗粒在玻璃基质中均匀分布, 颗粒大小也未发生变化, 这表明荧光粉晶体在SPS烧结过程中没有发生化学分解反应, 在玻璃基体中得到很好地保存。该荧光玻璃吸收峰在460 nm左右, 发射波长在530 nm左右。通过对不同含量荧光粉的荧光玻璃进行发光性能表征, 发现荧光粉含量为3wt%的荧光玻璃性能最佳, 以此封装的白光LED样品在800 mA电流驱动下, 获得白光输出, 色坐标为(0.33, 0.38)。