用户速递 | 哈尔滨工程大学任晶教授团队：共掺杂调控Er3+掺杂玻璃近红外闪烁发光性能研究

近红外（NIR）玻璃闪烁体因其抗辐射损伤特性以及与光纤系统的兼容性等独特优势，在远距离非接触式辐射探测领域日益受到关注。然而，目前关于此类玻璃近红外闪烁机理的研究仍显不足，特别是稀土离子共掺杂对闪烁性能的影响机制尚不明确。

近日，任晶教授团队通过研究Er³⁺/Yb³⁺掺杂TeO₂-BaO-GdF₃玻璃体系，发现在X射线激发下，近红外光致发光增强的经典能量转移敏化策略并未能有效提升辐射发光性能。

图1. Er³⁺掺杂钆碲酸盐近红外闪烁玻璃的X射线激发发光（XEL）光谱：(a) 500-800 nm波段，(b) 1450-1650 nm波段。

图2. Yb³⁺/Er³⁺共掺杂钆碲酸盐近红外闪烁玻璃的X射线激发发光（XEL）光谱：(a) 500-800 nm波段，(b) 925-1125 nm波段，(c) 1450-1650 nm波段。

实验结果表明由于光致发光（PL）与辐射发光（RL）的发光机制存在本质差异，GdF₃和Yb₂O₃的引入能显著增强Er³⁺在可见光和近红外波段的PL发光强度；然而在辐射发光过程中，GdF₃改性玻璃的可见光与近红外RL发射呈现竞争关系，而Yb³⁺/Er³⁺共掺杂体系则主要表现为Yb³⁺与Er³⁺近红外RL发射的相互制约。要实现最优闪烁性能，需要精确调控各能级跃迁概率并优化能量传递效率。

图3. Yb³⁺/Er³⁺掺杂钆碲酸盐近红外闪烁玻璃的能级示意图

图4. 20Gd样品在不同X射线剂量下的XEL光谱(a)和(b)，样品实物照片(c)；重复X射线辐照后的透射光谱(d)和(e)。

实验测得在61.6 Gy到309.5 Gy范围内，Yb³⁺/Er³⁺掺杂钆碲酸盐近红外闪烁玻璃的X射线激发发光（XEL）强度与辐照剂量率之间具有优异的线性响应特性。样品在3000 Gy剂量内近红外波段发射强度几乎不受辐照损伤影响并具备热还原能力。

Yb³⁺/Er³⁺掺杂钆碲酸盐近红外闪烁玻璃适用于高剂量辐射环境（如核反应堆）以及远程辐射监测（如海底光缆系统）等特殊场景。

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https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2025.04.175