摘 要：研究掺杂稀土离子在硫系玻璃中的能量转移过程，光谱学是最常用的方法。文中主要通过吸收光谱图、激发光谱、发射光谱以及荧光寿命等光谱学方法来描述能量转移的过程。选用不同的激光器激发样品，经过测量得到相应的激发光谱、发射光谱。拟合的荧光衰减曲线，通过计算得到了衰减时间和能量转移效率（ηETE）。能量转移效率是证明能量转移的有效方法。通过分析图表和数据，发现Nd3 /Yb3 稀土离子掺杂在硫系玻璃中发生了能量转移过程。这样的能量转移过程是：Nd3 离子受到激发后使相应的能级间发生跃迁（4I11/2→4F5/2），Nd3 离子能级跃迁所发射的能量正好激发Yb3 离子使之发生能级跃迁（2F7/2→2F5/2），从而完成了Nd3 到Yb3 离子间的能量转移。
　　关键词：光谱学；硫系玻璃；能量转移；稀土掺杂；发光效应
　　中图分类号：TQ171 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）03-00-04
　　0 引 言
　　众所周知，相对于掺杂稀土离子来说，硫系玻璃是一种很好的基质材料[1-3]，主要是由于硫系玻璃的低声子能量特性可以减少稀土离子间发生的无辐射交叉弛豫现象（CR） [4]。而且，稀土离子的荧光寿命会受弛豫现象、下转换能量储存和能量转移过程的影响而发生明显变化[5-7]。在众多含硫玻璃基质中，Ge-Ga-S基质玻璃由于自身低声子能量的特性被广为推崇[8-10]。但是，Ge-Ga-S系统玻璃的低能带间隙的劣势会限制它在其他领域的应用[11，12]。解决带隙引起的问题需要在Ge-Ga-S系统基质下加入一定量的卤素元素，因为卤素元素能够增加对稀土的吸收和透过性，可以缓解带隙的影响[12]。在这些常见的卤素元素中，已有研究表明，CsCl是一种非常适合的卤素元素。我们选取的硫系玻璃的基质材料的组分为Ge-Ga-S-CsCl。根据大量研究结果以及试验中所总结的经验，选定了50GeS2-25Ga2S3-25CsCl为最终的玻璃基质。
　　常见的稀土离子中，Yb3 离子特殊的能级结构（只含有一个激发态能级）使得它成为最常用的稀土离子。这种特性可以应用在许多领域[13，14]（例如近红外下转换效应）。而且，Yb3 离子的能级结构说明了当其被激发波长为980 nm所激发时[15-17]，Yb3 不可能产生能级跃迁。所以，Yb3 离子被视为最理想的宿主离子。对于施主离子，Nd3 的吸收带说明它具有很宽的激发波长范围，可以选取较多的激发波长减少实验难度[18]。Nd3 /Yb3 离子对之前已在陶瓷、氟铟酸盐、磷酸盐等诸多领域中进行了研究。
　　本文研究Nd3 /Yb3 离子共掺在硫系玻璃50GeS2-25Ga2S3-25CsCl中的能量转移过程。为了说明Nd3 离子和Yb3 离子之间存在能量转移效应，我们使用了光谱学的方法来解释这种过程的产生。应用到光谱学的方法包括吸收光谱、激发光谱、发射光谱、能级图分析以及荧光寿命等[17，19]。并且通过实验和分析证实了我们分析结果的正确性，说明了在硫系玻璃中掺杂Nd3 /Yb3 的确产生了能量转移。
　　1 实 验
　　选用50GeS2-25Ga2S3-25CsCl硫系玻璃作为基质材料，掺杂了0.1 wt.% Nd2S3和x wt.% Yb2S3 （x=0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5） 的稀土离子硫化物。使用高纯度的原料，如Ge （99.999%）， Ga （99.999%）， S （99.999%）， CsCl （99.9%）， Nd2S3 （99.9%）和Yb2S3 （99.9%）[20]，计算出相应的质量并称量，把称量好的粉末装进9 mm的石英管内进行真空处理，使得石英管内的压强达到10-3pa即可。真空处理之后放入摇摆炉，在950