Tb3+ /Eu3+ 共掺杂锌硼磷酸盐玻璃的可调谐发光与能量转移机制及其光子学应用

　　研究人员针对稀土离子掺杂玻璃在光电子器件中的发光效率与颜色调控问题，通过熔融淬火技术制备Tb3+ /Eu3+ 共掺杂锌硼磷酸盐（ZBP）玻璃，揭示了Tb3+ →Eu3+ 的偶极-偶极能量转移机制，实现从绿光到红光的可调谐发射，量子效率达94%，为激光材料与色彩可调光子器件开发提供新思路。

　　

在当今光电子技术快速发展的背景下，稀土掺杂发光材料因其独特的4f电子跃迁特性成为研究热点。然而，如何实现高效、稳定的多色发光调控，特别是通过单一基质材料实现颜色可调谐输出，仍是制约光子器件发展的关键瓶颈。传统荧光材料存在发光效率低、色彩纯度不足等问题，而稀土离子间的能量转移机制为这一难题提供了突破方向。

针对这一挑战，来自巴纳拉斯印度教大学的研究团队在《Journal of Molecular Structure》发表研究，通过熔融淬火技术制备了Tb³⁺
/Eu³⁺
共掺杂锌硼磷酸盐（ZBP）玻璃系统。该研究首次在该体系中实现了从绿光（544 nm，Tb³⁺
的⁵
D₄
→⁷
F₅
跃迁）到红光（613 nm，Eu³⁺
的⁵
D₀
→⁷
F₂
跃迁）的动态颜色调控，量子效率高达94%，为新一代可调谐光子器件开发提供了重要材料基础。

关键技术方法包括：1）熔融淬火法制备ZBP玻璃基质；2）Judd-Ofelt（JO）理论计算辐射参数；3）时间分辨荧光光谱分析能量转移效率；4）CIE色度坐标评估颜色纯度。研究样本为45ZnO-12B₂
O₃
-43P₂
O₅
基质玻璃，掺杂0.25 mol% Tb₄
O₇
和梯度浓度Eu₂
O₃
。

结构特性
X射线衍射证实玻璃呈非晶态，30°处的宽衍射峰为典型锌磷酸盐玻璃特征，无结晶相存在。

物理与光学特性
密度测试显示玻璃网络结构致密性，折射率与紫外截止边分析表明B₂
O₃
的引入显著提升透明区范围（300-2500 nm）。JO参数Ω₂
=3.21×10^-20
cm²
表明Tb³⁺
周围局域场强较弱，有利于辐射跃迁。

发光性能
单掺Tb³⁺
样品在376 nm激发下，⁵
D₄
→⁷
F₅
跃迁的绿色发射（544 nm）具有最大振子强度（15.8×10^-6
）和分支比（64.3%），色纯度66.5%。共掺杂体系中，随Eu³⁺
浓度增加，Tb³⁺
荧光寿命从2.14 ms降至0.89 ms，而Eu³⁺
发光强度提升3.2倍，并出现1.2 μs的上升时间，证实存在Tb³⁺
→Eu³⁺
的能量转移。

能量转移机制
Dexter理论计算表明能量转移临界距离为12.3 ?，符合偶极-偶极相互作用模型，转移效率最高达58.4%（1.0 mol% Eu³⁺
）。

结论与意义
该研究成功构建了具有梯度颜色调控能力的ZBP玻璃体系，其核心创新点在于：1）通过精确控制Tb³⁺
/Eu³⁺
浓度比实现发光颜色线性调控；2）阐明偶极-偶极主导的能量转移路径；3）创制出兼具高量子效率（94%）和优异热稳定性的激光材料。这项工作不仅为固态照明、显示技术和光学传感器提供了新型候选材料，更通过建立"敏化剂-激活剂"协同发光模型，为其他稀土共掺系统的设计提供了普适性策略。