基質(zhì)敏化的Er0.1Gd0.9VO4晶體的紅外量子剪裁*

陳曉波徐怡莊 張春林 張會敏張?zhí)N芝 周固李崧

基質(zhì)敏化的Er0.1Gd0.9VO4晶體的紅外量子剪裁*

陳曉波1)徐怡莊2)張春林3)張會敏1)張?zhí)N芝3)周固1)李崧1)

1)(應(yīng)用光學(xué)北京重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京師范大學(xué)，北京100875)
2)(北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院，北京100871)
3)(中國科學(xué)院物理研究所，北京100080)
(2010年12月28日收到;2011年1月28日收到修改稿)

研究了Er0.1Gd0.9VO4晶體材料的紅外量子剪裁現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)了較為有趣的基質(zhì)敏化的紅外量子剪裁現(xiàn)象．即對于1537.5 nm的4I13/2→4I15/2紅外熒光的激發(fā)譜存在一個(gè)寬而強(qiáng)的337.0 nm波長的激發(fā)譜峰，仔細(xì)分析可以認(rèn)定337.0 nm的激發(fā)峰對應(yīng)著基質(zhì)GdVO4材料的吸收．同時(shí)，發(fā)光譜的測量顯示337.0 nm光激發(fā)Er0.1Gd0.9VO4材料的基質(zhì)吸收帶時(shí)導(dǎo)致的1537.5 nm4I13/2→4I15/2紅外熒光的積分強(qiáng)度比其他所有熒光的積分強(qiáng)度的總和大了接近10倍，它的紅外量子剪裁效率僅次于最強(qiáng)的2H11/2能級受激的紅外量子剪裁效率且比其他能級都強(qiáng)．

紅外的量子剪裁，太陽能電池，Er0.1Gd0.9VO4晶體材料

PACS:78．55．－m，78．56．－a，78．30．－j

1.引言

太陽能是取之不盡用之不竭的，太陽能電池作為一種新能源是當(dāng)前的國際熱點(diǎn)研究課題［1—17］，然而，吸收高能光子之后的已激發(fā)電荷的熱化是傳統(tǒng)太陽能電池的能量和效率的主要損失．而量子剪裁每吸收一個(gè)高能光子就能放出兩個(gè)低能光子，它導(dǎo)致了理想量子效率接近200%和外量子效率顯著大于1［1—3，7—10，14—17］．因此，量子剪裁太陽能電池是很有競爭力的［2—10］，同時(shí)它又能有效的減少碳排放．

自從報(bào)道了Eu3+-Gd3+材料的可見量子剪裁以來［2］，量子剪裁的價(jià)值得到了廣泛的認(rèn)可．從2007年起，紅外量子剪裁成為熱點(diǎn)前沿課題，發(fā)表了三十幾篇紅外量子剪裁的文章［2，3，5—10，14，15］．本文報(bào)道了基質(zhì)敏化的Er0.1Gd0.9VO4晶體的紅外量子剪裁，發(fā)現(xiàn)337.0 nm處有一個(gè)寬的基質(zhì)激發(fā)峰能實(shí)現(xiàn)1537.5 nm的強(qiáng)的紅外量子剪裁下轉(zhuǎn)換發(fā)光［12—23］，并對其機(jī)理進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析．

2.實(shí)驗(yàn)樣品實(shí)驗(yàn)裝置

GdVO4晶體材料是Zaguniennyi等在92年發(fā)現(xiàn)的［11］．實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Gd VO4材料有著眾所周知的優(yōu)秀材料性能，如很高的熱導(dǎo)、很大的吸收和發(fā)射截面、和很好的材料穩(wěn)定性［11］．GdVO4材料是四方晶系，屬于空間群I41/amd．在Er3+:GdVO4中部分Gd3+離子被Er3+離子取代．Er3+離子的對稱性屬于D2 d群．晶格參數(shù)為a=b=0.7212 nm，和c=0.63483 nm．本文所用的Er0．1Gd0.9VO4材料中Er3+離子的濃度為10%．該樣品的密度為5.41 g/cm3．

我們所用的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備為Edinburgh Instruments Ltd．公司的Fluorescence Spectrometer F900熒光光譜儀和HORIBA-JY-ISA公司的Fluorolog-Tau-3型熒光光譜儀，實(shí)驗(yàn)所用的紅外探測器為Ge光電管，在800到1700 nm范圍內(nèi)有較好的靈敏度;實(shí)驗(yàn)所用的可見探測器為R928光電倍增管．激發(fā)光的方向與接收熒光的方向垂直，所探測熒光為被激發(fā)的前表面所發(fā)出的熒光．該實(shí)驗(yàn)的所有實(shí)驗(yàn)信號曲線和數(shù)據(jù)為校準(zhǔn)后的實(shí)驗(yàn)信號曲線和數(shù)據(jù)．

3.量子剪裁實(shí)驗(yàn)結(jié)果

首先，我們測量了Er0.1Gd0.9VO4材料的激發(fā)光譜，結(jié)果如圖1所示．圖1中的譜線a給出了接收光波長在1 537.5 nm時(shí)的4I13/2→4I15/2熒光躍遷在200—887 nm波長范圍的激發(fā)譜，圖1中的譜線b給出了接收光波長在980.0 nm時(shí)的4I11/2→4I15/2熒光躍遷在200—887 nm波長范圍的激發(fā)譜，4I13/2→4I15/2熒光躍遷的激發(fā)譜有368.0，382.0，408.7，453.8，490.7，525.0，(546.7，552.8)，655.8和805.0 nm的幾個(gè)激發(fā)譜峰，依次對應(yīng)著4G9/2，4G11/2，(2G，4F，2H)9/2，4F5/2，4F7/2，2H11/2，4S3/2，4F9/2和4I9/2能級的吸收．我們還測量了接收光波長在551.5 nm時(shí)的4S3/2→4I15/2熒光躍遷在285—530 nm波長范圍的激發(fā)譜、接收光波長在667.8 nm時(shí)的4F9/2→4I15/2熒光躍遷在350—650 nm波長范圍的激發(fā)譜、和接收光波長在801.0 nm時(shí)的4I9/2→4I15/2熒光躍遷在425—750 nm波長范圍的激發(fā)譜．測量發(fā)現(xiàn)4I11/2→4I15/2，4S3/2→4I15/2，4F9/2→4I15/2和4I9/2→4I15/2熒光躍遷的激發(fā)譜峰波長位置與4I13/2→4I15/2熒光躍遷的激發(fā)譜很接近．有趣的是我們還發(fā)現(xiàn)了在337.0 nm波長位置它們都有一個(gè)寬而強(qiáng)的激發(fā)譜峰，仔細(xì)分析可以認(rèn)定337.0 nm的激發(fā)峰對應(yīng)著基質(zhì)GdVO4材料的吸收．

我們測量了Er0.1Gd0.9VO4材料可見區(qū)的熒光發(fā)射光譜，選取Er0.1Gd0.9VO4的激發(fā)譜峰位522.0，802.0，382.0，368.0，337.0，408.0，451.0，490.0和552.0 nm作為激發(fā)波長，測量發(fā)現(xiàn)Er0.1Gd0.9VO4在可見區(qū)有(407.5和410.8 nm)，527.5 nm，(545.0和551.5 nm)，(658.5和667.5 nm)，700.0，801.0 nm和(845.5和857.0 nm)數(shù)個(gè)可見熒光峰，容易看出上述熒光為(2G，4F，2H)9/2→4I15/2，2H11/2→4I15/2，4S3/2→4I15/2，4F9/2→4I15/2，4F7/2→4I13/2，4I9/2→4I15/2，4S3/2→4I13/2的熒光躍遷．通過測量得到的可見熒光光譜計(jì)算得到了上述熒光的積分熒光強(qiáng)度，所有測量得到的可見熒光躍遷及其積分熒光強(qiáng)度都列于表1．

表1 熒光線的校準(zhǔn)的積分熒光強(qiáng)度和近似量子剪裁效率η'．

我們最后測量了Er0.1Gd0.9VO4材料的紅外區(qū)的熒光光譜，同樣選取Er0.1Gd0.9VO4材料的激發(fā)譜峰位522.0，802.0，382.0，368.0，337.0，408.0，451.0，490.0和552.0 nm作為激發(fā)波長，測量發(fā)現(xiàn)Er0.1Gd0.9VO4材料在紅外區(qū)有1537.5，978.5和857.0 nm的紅外熒光峰，容易指認(rèn)出上述熒光為4I13/2→4I15/2，4I11/2→4I15/2和4S3/2→4I13/2的熒光躍遷．通過測量得到的紅外熒光光譜我們也計(jì)算得到了上述熒光的積分熒光強(qiáng)度，所有測量得到的紅外熒光躍遷及其積分熒光強(qiáng)度也都列于表1中．圖2給出了測量得到的可見到紅外的熒光光譜．圖2中的譜線a，b和c分別給出了代表性的337.0 nm激發(fā)光激發(fā)GdVO4材料的基質(zhì)吸收帶、382.0 nm激發(fā)光激發(fā)Er3+離子的4G11/2能級、522.0 nm激發(fā)光激發(fā)2H11/2能級時(shí)的350—1700 nm的可見到紅外熒光光譜，所有能級的熒光光譜數(shù)據(jù)列于表1．其中的所有測量條件都已歸一化．且圖2和表1所給的所有測量曲線或數(shù)據(jù)都為校準(zhǔn)之后的實(shí)驗(yàn)曲線或數(shù)據(jù)，它們之間的相對強(qiáng)度已直接可以比較．

圖1 a為接收光波長在1 537.5 nm時(shí)的4I13/2→4I15/2熒光躍遷(上方);b為接收光波長在980.0 nm時(shí)的4I11/2→4I15/2熒光躍遷(下方)在200—887 nm波長范圍的激發(fā)譜

圖2 a為337.0 nm激發(fā)光激發(fā)GdVO4材料的基質(zhì)吸收帶;b為382.0 nm激發(fā)光激發(fā)Er3+離子的4G11/2能級;c為522.0 nm激發(fā)光激發(fā)2H11/2能級時(shí)的350—1700 nm的可見到紅外的熒光發(fā)光光譜

4.量子剪裁效率的計(jì)算公式

根據(jù)Wegh和Meijerink等［2］對Eu3+-Gd3+系統(tǒng)的可見量子剪裁的工作，可以計(jì)算得到量子剪裁的效率．

根據(jù)有關(guān)熒光強(qiáng)度的比例值，交叉弛豫能量傳遞所導(dǎo)致的Eu3+的5D0能級的發(fā)光效率可由下式?jīng)Q定［2，5］:

其中，PCR是交叉弛豫能量傳遞的概率，PDT是從Gd3+到Eu3+的直接能量傳遞的概率，R (5D0/5D1，2，3)是5D0和5D1，2，3的積分發(fā)光強(qiáng)度比．角標(biāo)6GJ和6IJ代表獲得此強(qiáng)度比的激發(fā)能級．由積分熒光強(qiáng)度比值決定的計(jì)算量子剪裁效率的公式是最直接最直觀的，因此它是一種很好的計(jì)算量子剪裁效率實(shí)際值的方法．

根據(jù)(1)式加以推廣得到新穎的單離子Er3+: Gd VO4系統(tǒng)的量子剪裁效率計(jì)算公式，2H11/2能級受激時(shí)的總量子剪裁效率為

式中，PCR為交叉弛豫能量傳遞的概率，PDT為從Er3+的通過自發(fā)輻射或無輻射多聲子弛豫逐級往低能級直接能量傳遞的概率，R［(4I13/2)/Σ(4I11/2+4I9/2+4F9/2+4S3/2+2H11/2)］H11/2為2H11/2能級受激時(shí)4I13/2→4I15/2躍遷的熒光積分發(fā)光強(qiáng)度與其他所有能級的所有熒光躍遷積分發(fā)光強(qiáng)度的和的比值．R［(4I13/2)/Σ(4I11/2)］4I11/2為4I11/2能級受激時(shí)4I13/2→4I15/2躍遷熒光積分發(fā)光強(qiáng)度與其他所有也僅有的4I11/2→4I15/2熒光躍遷的積分發(fā)光強(qiáng)度之比．

(1)，(2)式是嚴(yán)格成立的．但是因?yàn)槲覀兊膶?shí)驗(yàn)設(shè)備光激發(fā)的波長范圍僅有200—900 nm，測量不到978 nm的4I11/2能級受激的發(fā)光譜，所以嚴(yán)格的量子剪裁效率η根據(jù)現(xiàn)在的工作還得不到．但是考慮到{4I9/2→4I13/2，4I15/2→4I13/2}是Anti-Stokes能量傳遞過程，我們計(jì)算得到它的能量傳遞速率比較小，即{4I9/2→4I13/2，4I15/2→4I13/2}交叉能量傳遞通道引起的量子剪裁是比較小的，所以可以近似認(rèn)為{4I9/2→4I13/2，4I15/2→4I13/2}交叉能量傳遞通道引起的量子剪裁等于零，即認(rèn)為所有4I9/2能級受激所導(dǎo)致的粒子數(shù)都通過無輻射多聲子弛豫逐級傳給4I11/2能級或自發(fā)輻射了．因此，可以得到近似的量子剪裁效率η'．

根據(jù)現(xiàn)在的工作可以測量和計(jì)算得到近似的量子剪裁效率η'，我們知道真實(shí)的量子剪裁效率η肯定要比近似量子剪裁效率η'稍微大一點(diǎn)，所以也得到了真實(shí)量子剪裁效率η的底線．

參考2H11/2能級受激時(shí)的近似量子剪裁效率(3)式，容易得到類似的其他受激能級的近似量子剪裁效率的計(jì)算辦法和計(jì)算值．

5.Er0.1Gd0.9VO4材料的量子剪裁效率

我們已從實(shí)驗(yàn)上測量了光激發(fā)2H11/2，4I9/2，4G11/2，4G9/2，(2G，4F，2H)9/2，4F5/2，4F7/2和4S3/2等能級從可見到近紅外的熒光光譜，各條譜線的積分熒光強(qiáng)度值列于表1．從前述公式計(jì)算得到的近似的量子剪裁效率η'也列于表1［2，5］．從表1可以看出，光激發(fā)2H11/2能級的第一激發(fā)態(tài)4I13/2發(fā)光的近似量子剪裁效率η'為129.1%．同時(shí)也可以看出光激發(fā)4G11/2，4G9/2，(2G，4F，2H)9/2，4F5/2，4F7/2和4S3/2等能級的4I13/2→4I15/2熒光的近似量子剪裁效率η'依次為109.2%，105.5%，100.5%，＜100%，102.3%和102.0%．有趣的是我們發(fā)現(xiàn)激發(fā)Er0.1Gd0.9VO4晶體材料的337.0 nm的基質(zhì)吸收帶，不僅有較強(qiáng)的Er3+的4I13/2→4I15/2熒光，而且它的量子剪裁效率118.2%還比較高，與最高的2H11/2能級受激的近似量子剪裁效率129.1%相接近．

6.分析

我們從圖3中Er3+的能級結(jié)構(gòu)圖可以分析出它的動(dòng)力學(xué)過程［12］，可以看出521.5 nm光激發(fā)2H11/2能級時(shí)(PE06)，受激發(fā)的2H11/2能級的粒子數(shù)可以通過自發(fā)輻射、無輻射多聲子弛豫和{2H11/2→4I9/2，4I15/2→4I13/2}的ETr63-ETc01交叉能量傳遞通道把粒子數(shù)傳遞到第一激發(fā)態(tài)4I13/2能級，(從我們的計(jì)算分析知道起始于2H11/2能級的別的能量傳遞通道比ETr63-ETc01要小得多)，因?yàn)閧2H11/2→4I9/2，4I15/2→4I13/2}的ETr63-ETc01交叉能量傳遞通道為近共振能量傳遞過程，躍遷失配量僅僅為－107.5 cm－1，約化矩陣元(0.1953，0.0648，0.2837)和(0.0195，0.1172，1.4325)又很大［12］，因此{(lán)2H11/2→4I9/2，4I15/2→4I13/2}的ETr63-ETc01交叉能量傳遞速率會很大．由于4S3/2能級的無輻射多聲子弛豫速率比較小，在2H11/2和4S3/2之間達(dá)到熱平衡分布的粒子數(shù)無法由4S3/2→4F9/2的無輻射多聲子弛豫迅速弛豫掉．所以2H11/2能級的粒子數(shù)主要通過{2H11/2→4I9/2，4I15/2→4I13/2}的ETr63-ETc01交叉能量傳遞通道直接傳遞到第一激發(fā)態(tài)．顯然它是Er0.1Gd0.9VO4中Er3+之間的相互作用較強(qiáng)所導(dǎo)致的．從理論上說光激發(fā)2H11/2能級第一激發(fā)態(tài)發(fā)光的量子剪裁過程為三光子量子剪裁過程，通過{2H11/2→4I9/2，4I15/2→4I13/2}的ETr63-ETc01交叉能量傳遞通道傳遞到4I9/2能級的部分粒子數(shù)還可以通過{4I9/2→4I13/2，4I15/2→4I13/2}的ETr31-ETc01交叉能量傳遞通道繼續(xù)傳遞給第一激發(fā)態(tài)，即激發(fā)2H11/2能級所導(dǎo)致的一個(gè)綠光光子的吸收可以導(dǎo)致三個(gè)紅外光子的發(fā)射．從表1可以看出雖然Er0.1Gd0.9VO4材料的Er3+離子濃度才10%，但量子剪裁效率已有129.1%，也就是說Er0.1Gd0.9VO4晶體材料的{2H11/2→4I9/2，4I15/2→4I13/2}的ETr63-ETc01交叉能量傳遞作用是比較強(qiáng)的．

圖3 Er0.1Gd0.9VO4晶體材料的能級結(jié)構(gòu)和量子剪裁現(xiàn)象示意圖

對于382.0 nm激發(fā)光激發(fā)4G11/2能級時(shí)，受激發(fā)的4G11/2能級的粒子數(shù)主要可以通過{4G11/2→4I13/2，4I15/2→2H11/2}的ETr111-ETc06交叉能量傳遞通道把粒子數(shù)傳遞到第一激發(fā)態(tài)4I13/2能級，因?yàn)閧4G11/2→4I13/2，4I15/2→2H11/2}的ETr111-ETc06交叉能量傳遞通道為近共振能量傳遞過程，躍遷失配量僅為+388.93 cm－1，約化矩陣元(0.1005，0.2648，0.2570)和(0.7158，0.4138，0.0927)又很大［12］，因此{(lán)4G11/2→4I13/2，4I15/2→2H11/2}的ETr111-ETc06交叉能量傳遞速率也會很大．可喜的是從理論上光激發(fā)4G11/2能級導(dǎo)致的第一激發(fā)態(tài)發(fā)光的量子剪裁過程為四光子量子剪裁過程，通過{4G11/2→4I13/2，4I15/2→2H11/2}的ETr111-ETc06交叉能量傳遞通道傳遞到2H11/2能級的部分粒子數(shù)還可以通過{2H11/2→4I9/2，4I15/2→4I13/2}的ETr63-ETc06交叉能量傳遞通道繼續(xù)傳遞給第一激發(fā)態(tài)，即激發(fā)4G11/2能級所導(dǎo)致的一個(gè)淺紫外光子的吸收可以導(dǎo)致四個(gè)紅外光子的發(fā)射．從圖3也可以看出，382.0 nm激發(fā)光激發(fā)4G11/2能級的時(shí)候還存在一條較小的{4G11/2→4F9/2，4I15/2→4I11/2}的ETr114-ETc02交叉能量傳遞通道，(從我們的計(jì)算分析知道起始于4G11/2能級的其他能量傳遞通道比ETr111-ETc06和ETr114-ETc02要小得多)，因?yàn)閧4G11/2→4F9/2，4I15/2→4I11/2}的ETr114-ETc02交叉能量傳遞通道的躍遷失配量為937.7 cm－1，約化矩陣元(0.4283，0.0.0372，0.0112)和(0.0276，0.0002，0.3942)也比較大［12］，因此，雖然{4G11/2→4F9/2，4I15/2→4I11/2}的ETr114-ETc02比{4G11/2→4I13/2，4I15/2→2H11/2}的ETr111-ETc06交叉能量傳遞通道要小，其結(jié)果為4G11/2能級受激所導(dǎo)致的粒子數(shù)主要通過{4G11/2→4I13/2，4I15/2→2H11/2}的ETr111-ETc06交叉能量傳遞通道把粒子數(shù)傳遞到第一激發(fā)態(tài)4I13/2能級，它導(dǎo)致了很強(qiáng)的4I13/2→4I15/2熒光躍遷和較有效的四光子紅外量子剪裁效應(yīng)．同時(shí)，因?yàn)閧4G11/2→4F9/2，4I15/2→4I11/2}的ETr114-ETc02交叉能量傳遞通道把一小部分粒子數(shù)傳送到了4I11/2能級，它導(dǎo)致了4I13/2→4I15/2熒光躍遷的紅外量子剪裁效率的降低，從表1可以看出4G11/2能級受激所導(dǎo)致的Er0.1Gd0.9VO4材料的量子剪裁效率才有109.2%．

很有趣的是激發(fā)Er0.1Gd0.9VO4材料的基質(zhì)吸收帶337.0 nm，我們觀察到了很強(qiáng)的Er3+離子的1537.5 nm紅外熒光，而且從圖2和表1可以看出Er3+離子的1537.5 nm4I13/2→4I15/2紅外熒光的積分強(qiáng)度為1.297×106，978.5 nm4I11/2→4I15/2紅外熒光的積分強(qiáng)度為8.800×104，857.0 nm4S3/2→4I13/2熒光的積分強(qiáng)度為1.651×104，551.5 nm4S3/2→4I15/2和527.5 nm2H11/2→4I15/2兩組熒光的總積分強(qiáng)度為3.587×104，容易計(jì)算得到Er3+離子的1537.5 nm4I13/2→4I15/2紅外熒光的積分強(qiáng)度與其他所有熒光的積分強(qiáng)度的總和的比值為9.238，即337.0 nm光激發(fā)Er0.1Gd0.9VO4材料的基質(zhì)吸收帶時(shí)導(dǎo)致的1537.5 nm4I13/2→4I15/2紅外熒光的積分強(qiáng)度比其他所有熒光的積分強(qiáng)度的總和大了接近10倍，熒光能量已比較有效的集中到1537.5nm4I13/2→4I15/2紅外熒光上了．從表1可以看出，337.0 nm光激發(fā)Er0.1Gd0.9VO4材料的基質(zhì)吸收帶時(shí)導(dǎo)致的1537.5 nm4I13/2→4I15/2紅外熒光的量子剪裁效率為118.2%．顯然，它是一個(gè)比較有效的基質(zhì)敏化的紅外量子剪裁現(xiàn)象．

進(jìn)一步的詳細(xì)分析發(fā)現(xiàn)該基質(zhì)敏化的紅外量子剪裁現(xiàn)象的能量傳遞通道．從圖2和表1可以看出，382.0和368.0 nm光激發(fā)4G11/2和4G9/2能級時(shí)都有較強(qiáng)的(407.5和410.8 nm)(2G，4F，2H)9/2→4I15/2熒光，但337.0 nm光激發(fā)基質(zhì)吸收帶時(shí)就基本上沒有(407.5和410.8 nm)的(2G，4F，2H)9/2→4I15/2熒光，它證實(shí)了337.0 nm光激發(fā)基質(zhì)吸收帶時(shí)所導(dǎo)致的激發(fā)能量傳給了比(2G，4F，2H)9/2能級更低的能級．由于337.0 nm光激發(fā)基質(zhì)吸收帶所導(dǎo)致的量子剪裁效率118.2%要比2H11/2能級受激時(shí)的量子剪裁效率低，但它比其他4G11/2，4G9/2，(2G，4F，2H)9/2，4F5/2，4F7/2和4S3/2等能級受激時(shí)的量子剪裁效率都要高，因此，337.0 nm光激發(fā)基質(zhì)吸收帶時(shí)所導(dǎo)致的激發(fā)能量應(yīng)該是傳給了2H11/2和它周圍的4F7/2或4S3/2等能級，它應(yīng)該是一個(gè)基質(zhì)敏化的三光子紅外量子剪裁過程．即Er0.1Gd0.9VO4材料的基質(zhì)的發(fā)射帶相對于吸收帶有較大的紅移且恰好與Er3+離子的2H11/2能級有重合，它導(dǎo)致了Er0.1Gd0.9VO4材料的基質(zhì)敏化的紅外量子剪裁現(xiàn)象有較高的量子剪裁效率．

7.結(jié)論

本文研究了Er0.1Gd0.9VO4晶體材料的紅外量子剪裁現(xiàn)象，測量發(fā)現(xiàn)激發(fā)譜有368.0，382.0，408.7，453.8，490.7，525.0，(546.7，552.8)，655.8和805.0 nm的幾個(gè)激發(fā)譜峰，依次對應(yīng)著4G9/2，4G11/2，(2G，4F，2H)9/2，4F5/2，4F7/2，2H11/2，4S3/2，4F9/2和4I9/2能級的吸收．有趣的是測量還發(fā)現(xiàn)對于1537.5 nm的4I13/2→4I15/2紅外熒光的激發(fā)譜存在一個(gè)寬而強(qiáng)的337.0 nm波長的激發(fā)譜峰，仔細(xì)的分析可以認(rèn)定337.0 nm的激發(fā)峰對應(yīng)著基質(zhì)GdVO4材料的吸收．同時(shí)，發(fā)光譜的測量發(fā)現(xiàn)2H11/2和4G11/2能級受激的紅外量子剪裁分別是三光子和四光子紅外量子剪裁過程，有趣的是337.0 nm光激發(fā)Er0.1Gd0.9VO4材料的基質(zhì)吸收帶時(shí)導(dǎo)致的1537.5 nm4I13/2→4I15/2紅外熒光的積分強(qiáng)度比其它所有熒光的積分強(qiáng)度的總和大了接近10倍，它的紅外量子剪裁效率僅次于最強(qiáng)的2H11/2能級受激的紅外量子剪裁效率且比其他能級都強(qiáng)，它是一個(gè)有效的基質(zhì)敏化的三光子紅外量子剪裁現(xiàn)象．

作者向北京大學(xué)丁卉芬、吳瑾光、孫玲、張莉、章斐、關(guān)研、潘偉等老師致以衷心的感激．

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PACS:78.55．－m，78．56．－a，78．30．－j

*Project supported by the National Natural Science Foundation of China(Grant No．10674019)．

E-mail:chen78 xb@sina．com

Host sensitized infrared quantum cutting of Er0．1Gd0．9VO4crystal*

Chen Xiao-Bo1)Xu Yi-Zhuang2)Zhang Chun-Lin3)Zhang Hui-Min1)Zhang Yun-Zhi3)Zhou Gu1)Li Song1)
1)(Applied Optics Beijing Area Major Laboratory，Beijing Normal University，Beijing 100875，China)
2)(The Chemistry and the Molecular Engineer College，Peking University，Beijing 100871，China)
3)(Institute of Physics，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100080，China)
(Received 28 December 2010;revised manuscript received 28 January 2011)

The infrared quantum cutting phenomena of Er0.1Gd0.9VO4crystal are studied in the present article．An interesting host sensitized infrared quantum cutting phenomenon is found，that is，there is a strong and broad excitation peak at337.0 nm wavelength for its excitation spectrum of 1537.5 nm4I13/2→4I15/2infrared fluorescence．It can be recognized that the 337.0 nm excitation peak corresponds to the absorption of host GdVO4crystal．Meanwhile，it is found that the integral fluorescence intensity of1537.5 nm4I13/2→4I15/2infrared fluorescence，when the host absorption band is excited by 337.0 nm light，is about ten times larger than that of the sum of all other fluorescence intensities．Its infrared quantum cutting efficiency is similar to that of the excited2H11/2energy level and larger than that of others．

infrared quantum cutting，solar cell，Er0.1Gd0.9VO4crystal

*國家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號:10674019)資助的課題．

E-mail:chen78 xb@sina．com