鄭 鵬， 丁國真， 解榮軍

(廈門大學 材料學院， 福建 廈門 361005)

1 引 言

高亮度光源在投影顯示、車輛照明、舞臺照明、 醫(yī)用照明以及防務等領域具有巨大的應用價值[1-4]。近年來，高亮度固態(tài)照明光源如高功率LED照明以及激光照明由于具有亮度高、結構緊湊、免維護、壽命長、效率高、環(huán)保等優(yōu)點開始逐漸取代傳統(tǒng)的高強度氣體放電燈(High-intensity discharge lamps,HID)等光源[5-6]。受限于“效率滾降”效應，當前高功率LED的亮度仍然不足，在光亮度上還沒有實現(xiàn)對HID光源的絕對優(yōu)勢[7-8]；而激光照明的激發(fā)功率密度足夠高，激光激發(fā)熒光材料可以實現(xiàn)3 000 cd·mm-2的超高白光亮度[9]。

傳統(tǒng)觀點認為，Ce3+和Eu2+摻雜熒光材料在激光激發(fā)下的光效損失主要由熱猝滅效應引起[20-23]，因此當前對激光熒光材料的研究主要集中在提高熒光材料的熱導率以及熱猝滅特性上[24-29]。然而，激光激發(fā)熒光材料不僅會導致熒光材料的溫度升高，高光子密度也可能會引起熒光材料的某些非線性效應。近期的一些研究發(fā)現(xiàn)，即使熱猝滅效應被有效控制，熒光材料在高光子密度激發(fā)下也會損失一定的發(fā)射效率[19,30-36]。這種強激發(fā)條件下的非熱效應的發(fā)光猝滅目前并沒有統(tǒng)一的名稱，在本文中，我們稱這種效應為“光激發(fā)猝滅”(Optical excitation quenching)或者進一步簡稱為“光猝滅”(Optical quenching)以與熱猝滅進行區(qū)分對比[37]。由于在光猝滅效應下，發(fā)射強度和激發(fā)強度之間不再是線性關系，發(fā)射強度的增加速率隨激發(fā)強度升高逐漸變緩，因此該效應也可以被稱為“光飽和”(Optical saturation)[30,32]。

將光猝滅效應考慮進來，熒光材料在激光激發(fā)下流明效率下降的原因可歸因于熱猝滅和光猝滅的共同作用[30]，這兩種猝滅效應均會造成光轉換效率的損失，增加熒光材料的熱負荷，降低激光熒光的光亮度。需要指出的是，通過提高熒光材料的散熱能力可有效緩解熱猝滅效應；然而，光猝滅作為強激發(fā)條件下熒光材料的本征效率損失則很難避免。作者近期對光熱協(xié)同猝滅的一些研究發(fā)現(xiàn)，光猝滅可成為La3Si6N11∶Ce(LSN∶Ce)和CaAlSiN3∶Eu2+(CASN∶Eu)等熒光材料在激光激發(fā)下發(fā)光猝滅的主要形式[37]。另外，在激光顯示的應用場景中，由于熒光色輪工作于脈沖激發(fā)模式下，其熱猝滅效應較弱，光猝滅是其發(fā)光猝滅的主導因素[37]。因此，對光猝滅效應的研究對激光照明與顯示技術的發(fā)展至關重要，然而和熱猝滅相比，當前對光猝滅的研究依然較少，對光猝滅的物理機制認識不足，對于光猝滅的起源仍然存在一定爭議。

本文簡要概述了近年來Ce3+和Eu2+摻雜熒光材料的光猝滅機理研究進展，并對光猝滅機理的未來研究方向進行了展望。

2 光猝滅的可能機制

對于光猝滅的可能機制，目前有以下幾種假說：(1)基態(tài)耗盡(Ground-state depletion，GSD)，(2)激發(fā)態(tài)吸收(Excited-state absorption，ESA)，(3)能量傳遞上轉換(Energy-transfer upconversion，ETU)，(4)光釋光(Optically stimulated luminescence，OSL)。

基態(tài)耗盡效應表現(xiàn)為當大部分的基態(tài)離子被泵浦到激發(fā)態(tài)時，熒光材料的吸收系數(shù)將會降低，從而導致熒光材料外量子效率降低[38-39]。激發(fā)態(tài)吸收效應指的是處于激發(fā)態(tài)的離子再次吸收一個泵浦光或者發(fā)射熒光光子，導致激發(fā)態(tài)電子被激發(fā)到更高的能級，處于更高能級的電子經無輻射弛豫再次回到激發(fā)態(tài)，該過程導致至少一個激發(fā)光的光子能量被損失掉[40-44]。能量傳遞上轉換效應為兩個相鄰的激發(fā)態(tài)離子相互作用，使得其中一個激發(fā)態(tài)離子躍遷到更高的能級，而另一個激發(fā)態(tài)離子則經無輻射弛豫回到基態(tài)，該作用的結果是兩個激發(fā)態(tài)離子相互作用并最多發(fā)射一個光子[31,37,45]。光釋光假設缺陷俘獲載流子后可作為光學活性中心吸收激發(fā)光能量，且其吸收截面遠高于發(fā)光中心的吸收截面[33,46]。

2.1 基態(tài)耗盡

一般認為，由于Ce3+和Eu2+摻雜熒光材料的熒光壽命τ21足夠短，泵浦飽和強度Is極高，因此基態(tài)耗盡效應只有在極高激發(fā)強度下才會顯現(xiàn)出來。以Y3Al5O12∶Ce3+(YAG∶Ce)為例，其基態(tài)離子吸收截面σa在460 nm波長處約為 3.0×10-18cm2，τ21約為60 ns，因此YAG∶Ce在藍光激發(fā)下的泵浦飽和強度Is大約為25 kW·mm-2。當激發(fā)光功率密度為100 W·mm-2時，激發(fā)態(tài)離子與基態(tài)離子的比值N2/N1約為0.4%，即只有極少一部分的基態(tài)離子可以被泵浦到激發(fā)態(tài)。Eu2+摻雜熒光材料的基態(tài)吸收截面σa與Ce3+摻雜熒光材料比較接近，但其熒光壽命(微秒量級)較長，其泵浦飽和強度相對Ce3+摻雜熒光材料要低一個數(shù)量級，但仍然足夠高?？梢灶A見，即使在一個相對較高的激發(fā)光功率密度，如100 W·mm-2，基態(tài)耗盡效應也難以導致Ce3+和 Eu2+摻雜熒光材料吸收系數(shù)顯著降低，因此基態(tài)耗盡效應很難成為Ce3+和Eu2+摻雜熒光材料在高功率密度激發(fā)下光效損失的主導因素。

2.2 激發(fā)態(tài)吸收

2013年，Lenef 等研究了YAG∶Ce的光猝滅特性[30]，實驗對象為50 μm厚度的1% Ce3+摻雜YAG∶Ce陶瓷和100 μm厚度的2% Ce3+摻雜YAG∶Ce陶瓷。這兩個陶瓷均具有一定程度的散射特性，其中2% Ce3+濃度摻雜樣品稍透明。使用光功率為4.6 mW或者38 mW的447 nm藍光激光(頻率為100 Hz)激發(fā)樣品，通過調整光斑大小改變激光功率密度，時間分辨光譜和有限元熱模擬顯示熱猝滅效應可忽略。該研究團隊考慮了激發(fā)態(tài)吸收和能量傳遞上轉換兩種可能的猝滅途徑，通過速率方程推導出熒光材料在這兩種效應下的內量子效率公式，最終的內量子效率ηQE可表示為：

ηQE=

(1)

(2)

其中，N1和N2分別是基態(tài)離子和激發(fā)態(tài)離子的濃度(ions·m-3)，N為稀土離子的總摻雜濃度(ions·m-3)，Ip是激發(fā)光功率密度(W·mm-2)，Is是泵浦飽和強度，?ωp是泵浦光子能量(J)，σa是激活劑離子在泵浦波長處的吸收截面(m2)，σe是受激發(fā)射截面(m2)，σESA是激發(fā)態(tài)吸收截面(m2)，τ21是在極低激發(fā)功率密度下的熒光壽命(s)，γ′u是能量傳遞上轉換系數(shù)(m3·s-1)，τt是被激發(fā)到導帶能級的離子經非輻射弛豫到激發(fā)態(tài)的衰減壽命(s)。

YAG∶Ce陶瓷的相對發(fā)射效率與激發(fā)光峰值功率密度的關系如圖1所示。100 μm厚度樣品(2% Ce3+摻雜)在不同激發(fā)功率(38 mW和4.6 mW)下的光猝滅曲線比較接近，同時該樣品的光猝滅速率要快于50 μm樣品(1% Ce3+摻雜)。

圖1 YAG∶Ce陶瓷的相對發(fā)射效率與激發(fā)光峰值功率密度的關系，激發(fā)光峰值功率密度為高斯光斑中心的光功率密度[30]。

利用公式(1)和輻射傳輸擴散近似理論對光猝滅曲線進行擬合。擬合結果表明，對于不同Ce3+摻雜濃度樣品，使用同一激發(fā)態(tài)吸收截面σESA=5×10-22m2可以實現(xiàn)比較理想的擬合結果(擬合曲線用實線表示)，該激發(fā)態(tài)吸收截面要比Hamilton等報道的2×10-22m2數(shù)值高[43]。使用激發(fā)態(tài)吸收截面σESA=2×10-22m2以及能量傳遞上轉換速率γu=108s-1進行擬合的效果則不佳(擬合曲線為虛線)。因此，研究人員推測光猝滅的起因更可能是激發(fā)態(tài)吸收效應，但考慮到擬合過程中對各種空間分布參量的近似處理，該擬合結果還不能完全確定光猝滅的機理。

2016年，Jansen等研究了幾種Eu2+摻雜熒光粉在高功率密度激發(fā)下的光飽和特性[32]。他們假設高功率密度激發(fā)下的光飽和是由激發(fā)態(tài)離子之間的超線性相互作用引起。該相互作用強度使用βasx1β表示，其中x1為激發(fā)態(tài)離子濃度，βas為相互作用的速率常數(shù)，β則取決于相互作用的類型。該研究團隊通過速率方程得到公式(3)和(4)來表征高激發(fā)強度下光輸入和光輸出的非線性關系：

(3)

(4)

其中，ηact為熒光材料的內量子效率，ηact,0為低功率激發(fā)下的內量子效率，Pem為熒光材料的發(fā)射強度，Pem,0為低功率激發(fā)下的發(fā)射強度。

該研究團隊測試了(Sr,Ca)2SiO4∶Eu2+、Ba2Si5N8∶Eu2+、CaAlSiN3∶Eu2+三種熒光粉的發(fā)射強度與激發(fā)強度的依賴關系曲線。如圖2所示，Ba2Si5N8∶Eu2+和CaAlSiN3∶Eu2+兩種熒光粉在高功率密度激發(fā)下顯示出明顯的發(fā)光飽和跡象，繪制公式(4)的雙對數(shù)坐標曲線并進行擬合可得到β值，這兩種熒光粉的β值分別為2.19和2.46，因此他們認為高功率密度激發(fā)下的能量損失可以通過雙光子吸收效應來解釋，并進一步認為這可能是由于激發(fā)態(tài)吸收效應導致。然而，對于(Sr,Ca)2SiO4∶Eu2+，在整個測試范圍內(0～800 W·mm-2)，發(fā)射強度一直隨激發(fā)強度線性增加，沒有顯示出發(fā)光飽和跡象。對于這種奇特現(xiàn)象的原因，研究人員們推測可能是由于不同熒光粉的Eu2+的激發(fā)態(tài)能級相對于導帶位置不同導致的。

圖2 Ba2Si5N8∶Eu2+(a)、 CaAlSiN3∶Eu2+(b)和 (Sr,Ca)2SiO4∶Eu2+(c)的發(fā)射積分強度與激發(fā)功率密度的關系[32]。

2016年，Shchekin等研究了1%、2.5%和3.2% Eu2+摻雜濃度的(Ba,Sr)2Si5N8∶Eu2+熒光粉在不同溫度下的光猝滅特性[19]。他們假設光猝滅是由高階的非輻射損失引起，其強度使用dn2表示，其中n是位于激發(fā)態(tài)的激活劑的濃度(ions·m-3)，d表征該非輻射過程的強度。通過速率方程推導量子效率公式并對實驗曲線進行擬合，擬合結果(圖3)顯示，不同Eu2+濃度樣品的光猝滅曲線可以使用同一d=2.3×10-12cm3·s-1參量實現(xiàn)比較理想的擬合結果(圖3(a))。另外，如果假設d隨溫度變化則可對同一Eu2+濃度不同溫度的光猝滅曲線進行比較好的擬合(圖3(b))。

圖3 (a)不同Eu2+摻雜濃度的 (Ba,Sr)2Si5N8∶Eu2+的量子效率與激發(fā)功率密度的關系，虛線為擬合曲線；(b)3.2% Eu2+摻雜濃度樣品在不同溫度下的量子效率與激發(fā)功率密度的關系，虛線為擬合曲線[19]。

他們認為存在兩種可能的物理過程會導致d參數(shù)的產生，分別為F?rster/Dexter交叉弛豫(FDCR)和激發(fā)態(tài)吸收(ESA)，這兩種過程的結果都是兩個激發(fā)態(tài)離子相互作用產生一個更高能級的激發(fā)態(tài)離子。在FDCR即能量傳遞上轉換的假設下d應與摻雜離子之間的平均距離有關，根據(jù)經典的F?rster-Dexter能量傳遞理論，d應與摻雜濃度的平方成正比，即d∝N2，其中N為激活劑濃度。圖4為不同Eu2+濃度的(Ba,Sr)2Si5N8∶Eu2+的實驗光猝滅曲線以及在能量傳遞上轉換假設下的擬合曲線(虛線)，兩者顯示出較大的偏差，因此他們推測能量傳遞上轉換可能不是光猝滅的起因，d參量更有可能是由激發(fā)態(tài)吸收效應引起。

圖4 不同Eu2+摻雜濃度的 (Ba,Sr)2Si5N8∶Eu2+的量子效率與激發(fā)功率密度的相對關系以及FDCR假設下的擬合曲線(虛線)[19]

2.3 能量傳遞上轉換

2019年，Lenef等研究了Ce3+摻雜石榴石體系熒光材料的光猝滅特性[31]。研究人員在建立速率方程時考慮了激發(fā)態(tài)吸收和能量傳遞上轉換效應以及缺陷的影響，同時對激發(fā)光和轉換熒光在熒光材料中的擴散進行了數(shù)值模擬。

YAG∶Ce透明陶瓷的光猝滅曲線(圖5)顯示光猝滅速率強烈依賴于Ce3+摻雜濃度。根據(jù)建立的理論公式對光猝滅曲線進行擬合，該研究團隊發(fā)現(xiàn)在能量傳遞上轉換的假設下可實現(xiàn)對實驗猝滅曲線比較理想的擬合結果。當假設1% Ce3+濃度樣品的能量傳遞上轉換速率γu(1%)=8×108s-1且γu與摻雜濃度的平方成正比時，0.2%、1.0%、2.0% Ce3+摻雜樣品的光猝滅擬合曲線和實驗曲線比較吻合，4% Ce3+濃度樣品的擬合光猝滅速率則要顯著快于實驗光猝滅速率。空心點(○)線為4% Ce3+濃度樣品在γu(1%)=8×106s-1參數(shù)下的擬合曲線，該曲線與0.2% Ce3+濃度的實驗猝滅曲線吻合，這說明需要引入能量傳遞上轉換效應才能更好地解釋光猝滅速率對摻雜濃度的依賴關系。由于激發(fā)態(tài)吸收的強度即激發(fā)態(tài)吸收截面并不強烈依賴于摻雜濃度，因此該實驗結果表明能量傳遞上轉換是光猝滅的主導因素，激發(fā)態(tài)吸收只貢獻小部分的光猝滅損失。

圖5 0.2%、1.0%、2.0%和4.0% Ce3+濃度的YAG∶Ce透明陶瓷的相對轉換效率與平均激發(fā)功率密度的關系，點線為實驗曲線，實線為相應的擬合曲線[31]。

為了直接檢測激發(fā)態(tài)吸收效應，該研究團隊使用150 μm厚度、1.0% Ce3+摻雜的Lu3Al5O12∶Ce3+(LuAG∶Ce)透明陶瓷進行泵浦-探測實驗。如圖6 所示，633 nm探測光束的透射率隨激發(fā)功率密度增加逐漸減小。使用γu=5×108s-1以及σESA(633 nm) 分別為6×10-22m2和9.5×10-22m2進行透射率擬合，結果顯示σESA(633 nm)=9.5×10-22m2的擬合效果更佳，該數(shù)值要高于相關文獻中的YAG∶Ce的激發(fā)態(tài)吸收截面[43]。研究人員推測這可能是由于YAG∶Ce和LuAG∶Ce的能帶結構以及5d激發(fā)態(tài)和導帶底之間的能量差不同造成的。

圖6 633 nm探測光束經過150 μm厚度、1.0% Ce3+摻雜的LuAG∶Ce透明陶瓷后的透射率(黑點線)與平均激發(fā)功率密度的關系。紅色實線和紅色虛線分別是σESA(633 nm) 為6×10-22 m2和9×10-22 m2 的擬合曲線[31]。

基于實驗曲線擬合的能量傳遞上轉換速率γu(1%)=8×108s-1要顯著高于Ce3+-Ce3+能量遷移速率(3% Ce3+摻雜LuAG 為4×107s-1)，研究人員們認為這可能是由于激發(fā)態(tài)吸收截面和基態(tài)吸收截面處于同一數(shù)量級且激發(fā)態(tài)吸收光譜與發(fā)射光譜的重疊程度要高于激發(fā)和發(fā)射光譜的重疊造成的。

2020年，作者報道了九種典型Ce3+和Eu2+摻雜商業(yè)熒光粉的光猝滅行為[37]。他們首先通過理論推斷排除了基態(tài)耗盡和激發(fā)態(tài)吸收作為光猝滅主導因素的可能性，隨后根據(jù)速率方程模型推導出了能量傳遞上轉換效應假設下的內量子效率ηIQE與激發(fā)強度Ip的依賴關系，即

其中ηIQE,0是極低激發(fā)功率密度下的內量子效率，τ21是極低激發(fā)功率密度下的熒光壽命。γu是能量傳遞上轉換系數(shù)，α是熒光材料的吸收系數(shù)，f是位于更高激發(fā)態(tài)能級的離子經無輻射弛豫到激發(fā)態(tài)能級的返回效率，?ωp是泵浦光子能量。需要說明的是，由于商業(yè)熒光粉缺陷濃度與發(fā)光中心濃度相比可忽略，因而在建立速率方程時忽略了缺陷的動力學行為。圖7為九種熒光粉的光猝滅曲線以及吸收效率隨激發(fā)光功率密度的變化趨勢[37]。Ce3+摻雜YAG∶Ce和LSN∶Ce相對其他熒光粉即CaAlSiN3∶Ce3+(CASN∶Ce)和Eu2+摻雜熒光粉的光猝滅速率更低。隨著激發(fā)功率密度的增加，熒光粉的吸收效率幾乎沒有變化或僅略有增加，這從實驗上證實了基態(tài)耗盡不是光猝滅的起因。使用公式(5)對光猝滅曲線進行擬合，擬合曲線與實驗猝滅曲線幾乎重合。理想的擬合結果可證明光猝滅主要由兩個激發(fā)態(tài)離子之間的相互作用引起。能量傳遞上轉換和發(fā)射光譜區(qū)的激發(fā)態(tài)吸收均可以視為兩個激發(fā)態(tài)離子之間的相互作用，然而由于Ce3+和Eu2+摻雜熒光粉的熒光壽命足夠短以及激發(fā)態(tài)離子濃度遠低于基態(tài)離子濃度，因此對于Ce3+和Eu2+摻雜熒光粉，激發(fā)態(tài)吸收很難導致顯著的發(fā)射效率損失，能量傳遞上轉換效應應該是其光猝滅的主要機制。

納秒瞬態(tài)吸收光譜(圖8)顯示，YAG∶Ce的激發(fā)態(tài)吸收光譜位于紅光波段，LSN∶Ce的激發(fā)態(tài)吸收光譜主要位于黃光波段，而CASN∶Ce的激發(fā)態(tài)吸收則幾乎覆蓋整個可見光波段。熒光粉的激發(fā)態(tài)吸收光譜與其發(fā)射光譜相互重疊一方面可導致激發(fā)態(tài)離子吸收熒光發(fā)射光子從而導致激發(fā)態(tài)離子被進一步激發(fā)到導帶，即激發(fā)態(tài)吸收效應，另一方面激發(fā)態(tài)離子之間易通過偶極-偶極之間的相互作用導致強烈的能量傳遞上轉換效應。此外，激發(fā)態(tài)吸收除了可能導致光猝滅損失外，激發(fā)態(tài)離子吸收熒光光子也會導致發(fā)射光譜的輕微移動。由于YAG∶Ce的激發(fā)態(tài)吸收集中于紅光波段(600～670 nm)，而YAG∶Ce的發(fā)光峰位于540 nm，因此隨著激發(fā)功率密度的增加，YAG∶Ce的發(fā)射光譜出現(xiàn)輕微的藍移，如圖9所示。由于熱猝滅通常導致YAG∶Ce的發(fā)射光譜紅移，這種獨特的光譜變化也可以從側面證實光猝滅和熱猝滅效應的不同。

基于理論和實驗結果，研究者們判斷熒光壽命是影響光猝滅速率的主要因素，因此長壽命的Eu2+摻雜熒光粉表現(xiàn)出比Ce3+摻雜熒光粉更快的光猝滅速率，同時理論公式也表明能量傳遞上轉換系數(shù)、吸收系數(shù)等因素同樣會影響光猝滅速率。

2.4 光釋光

2018年，Heggen等研究了長余輝熒光粉SrAl2O4∶Eu2+,Dy3+的量子效率與激發(fā)強度的依賴關系[33]。實驗結果如圖10所示，內量子效率在375 nm和445 nm激發(fā)下隨激發(fā)強度增加急劇下降并逐漸趨于平穩(wěn)。同時，不同激發(fā)功率下的熒光壽命包含兩個幾乎不隨激發(fā)強度變化的分量，分別為(200±35) ns和(720±50) ns。另外，熱成像顯示最高激發(fā)強度下的熒光材料的溫升小于1 ℃，因此內量子效率的降低并不是由熱猝滅效應引起。

圖10 SrAl2O4∶Eu,Dy熒光粉在375 nm(a)及445 nm (b)激發(fā)下的內量子效率與激發(fā)強度的依賴關系[33]

為了解釋這種現(xiàn)象，Heggen等假設缺陷俘獲電子后可吸收激發(fā)光能量，因此Eu激活劑的平均吸收截面可寫作：f×αtr+(1-f)×αEu2+，其中αtr和αEu2+分別是缺陷俘獲電子后的吸收截面和Eu2+發(fā)光中心的吸收截面，f為平衡狀態(tài)下離子化的Eu中心的比例，可通過測試余輝強度得到。

不同激發(fā)強度下SrAl2O4∶Eu,Dy熒光粉的吸收率和f值如圖11所示。在375 nm和445 nm 激發(fā)下，f值隨激發(fā)強度逐漸升高并在達到0.8%和1.6%時趨于穩(wěn)定。結合吸收率數(shù)據(jù)和平均吸收截面公式可以確定在375 nm和 445 nm激發(fā)下αtr/αEu2+的比值分別為6±1和29±4。通過與Eu2+的吸收截面數(shù)據(jù)對比可得到俘獲電子后的缺陷在 375 nm和 445 nm處的吸收截面分別為(2.16±0.36)×10-17cm2和(1.22±0.17)×10-17cm2，如此高的吸收截面將會導致強烈的由光釋光效應產生的內量子效應損失。另外，該研究者們認為由于缺陷等中間態(tài)的長壽命，因此與其他雙光子效應如能量傳遞上轉換效應相比，光釋光效應可以在低激發(fā)強度下顯現(xiàn)。由于當前固態(tài)照明應用的激發(fā)強度通常要高于1 W·cm-2且熒光材料在制備過程中會不可避免地引入缺陷，研究作人員為通過減少熒光材料的缺陷密度可以進一步優(yōu)化熒光材料在高激發(fā)強度下的發(fā)光效率。此外，由于量子效率與激發(fā)強度的依賴關系，熒光材料的真實量子效率也需要在目標應用場景的條件下進行評價。

圖11 SrAl2O4∶Eu,Dy熒光粉在375 nm和445 nm 激發(fā)下的吸收率((a)、(c))和離子化的Eu中心的比例f ((b)、(d))與激發(fā)強度的依賴關系[33]

3 結論與展望

Ce3+和Eu2+摻雜熒光材料在高強度激發(fā)下的發(fā)光效率損失可歸因于熱猝滅效應和光猝滅效應的共同作用。對于熱猝滅的相關機理，目前已有5d→4f能級交叉弛豫[47-48]、熱電離[49-50]、熱激活濃度猝滅[51]等幾種假說。相比于熱猝滅效應，對光猝滅的研究仍然處于起步階段，基態(tài)耗盡、激發(fā)態(tài)吸收、能量傳遞上轉換和光釋光是光猝滅的可能機制。隨著對高功率照明需求的不斷提高，對光猝滅的研究可能成為熒光材料的一個重要研究方向。我們認為以下研究內容值得進一步探索：

(1)確定基態(tài)耗盡、激發(fā)態(tài)吸收、能量傳遞上轉換和光釋光在整個光猝滅效應中所占比重。由于Ce3+和Eu2+摻雜熒光材料的熒光壽命足夠短，因此基態(tài)耗盡和激發(fā)態(tài)吸收不太可能是其光猝滅的主要機制。然而，當激活劑摻雜濃度較低時，基態(tài)耗盡和激發(fā)態(tài)吸收將開始顯現(xiàn)。另外，對于Eu2+摻雜熒光材料，由于其泵浦飽和強度比Ce3+摻雜熒光材料低一個數(shù)量級，因此其基態(tài)耗盡和激發(fā)態(tài)吸收效應相對于Ce3+摻雜熒光材料應更為嚴重。缺陷濃度對光猝滅的影響也值得進一步深入研究，隨著缺陷濃度的提高，光猝滅的主導機制可能會由能量傳遞上轉換效應轉變?yōu)楣忉尮庑?/p>

(2)能量傳遞上轉換效應作為光猝滅主導機制的判斷主要基于對實驗猝滅曲線的擬合和理論推斷，還缺少直接實驗證據(jù)的支撐，未來可嘗試通過測試熒光壽命與激發(fā)強度的依賴關系直接確定能量傳遞上轉換速率并建立高功率密度激發(fā)條件下的熒光壽命與發(fā)光效率之間的聯(lián)系。

(3)定量測試激發(fā)態(tài)吸收截面并探究激發(fā)態(tài)吸收截面和能量傳遞上轉換系數(shù)之間的關系。能量傳遞上轉換系數(shù)是決定光猝滅速率的一個重要參數(shù)，這一參數(shù)可能與熒光材料的激發(fā)態(tài)吸收截面緊密相關，定量測試激發(fā)態(tài)吸收截面有助于確定兩者之間的關系以更深入研究光猝滅的相關機理。

(4)研究熒光材料熱猝滅和光猝滅性能之間的聯(lián)系機制。鄭等的研究表明，熱猝滅性能較差的熒光粉傾向于具有較高的能量傳遞上轉換系數(shù)[37]。一種可能的解釋是熒光材料的能級結構會對熱猝滅性能和能量傳遞上轉換系數(shù)同時造成影響，然而該猜測還需要進一步的研究證實。另外，目前的研究結果顯示，通過降低稀土離子摻雜濃度可同時緩解熱猝滅效應和光猝滅效應[31,51]，因此摻雜濃度也可能是光猝滅和熱猝滅的一種聯(lián)系機制。

我們相信，對光猝滅機理的深入研究將有助于進一步理解熒光材料的結構-制備-性能之間的關系并推動超高亮度照明與顯示技術的發(fā)展。

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