Yb~(3+)團簇的合作躍遷研究合作躍遷是一種非常特殊的光頻轉(zhuǎn)換過程，它可以在離子不存在能級的光譜區(qū)段發(fā)射或吸收光子，自發(fā)現(xiàn)以來無論是在理論上還是在實驗上都一直吸引著研究者的關(guān)注。關(guān)于兩個離子的合作發(fā)光，著名原子物理理論學(xué)家D.L.Dexter利用一階微擾理論首先給出了兩個離子之間合作幾率的計算方法。隨后研究者逐步完善了合作躍遷理論，并且報道了合作躍遷在三維顯示、光學(xué)雙穩(wěn)、結(jié)構(gòu)探針等方面展示出的應(yīng)用前景。對于三個離子之間的合作躍遷，Dexter指出：―根據(jù)一階微擾波函數(shù)的形式，三個離子之間的合作幾率由于項項相消結(jié)果為零，因此這種過程是無法發(fā)生的?！珼exter指出耦合波函數(shù)的二級修正可以允許這種三個離子合作躍遷的發(fā)生，不過這種躍遷的幾率已經(jīng)低到?jīng)]有必要進行計算的程度。在其后的50年里，沒有人再提及過利用二級微擾波函數(shù)計算三個離子的合作躍遷，同時三個相同鑭系離子共同參與的合作發(fā)光也鮮有人報道。合作發(fā)光與合作吸收之前都專指兩個離子之間的相互作用，本文的研究修正了這種固有觀點，拓寬了合作發(fā)光、合作敏化的上轉(zhuǎn)換發(fā)光范圍。本文中提到的團簇，是指由三個或三個以上離子構(gòu)成的能夠進行合作躍遷的結(jié)構(gòu)單元，我們稱之為稀土離子熒光團簇。本論文圍繞Yb3+團簇合作發(fā)光及合作能量傳遞中的光與物質(zhì)相互作用這一基本科學(xué)問題開展研究，包含以下三方面內(nèi)容。1、利用改良的材料制備方法，在以CaF2為基質(zhì)的材料中，我們觀察到了Yb3+離子對（Yb3+-dimer）顯著增強的合作發(fā)光。在此基礎(chǔ)上，我們首次在室溫下觀察到了中心波長位于343nm的熒光發(fā)射。其發(fā)射光譜與Yb3+離子發(fā)射光譜的三階卷積結(jié)果符合的很好；熒光發(fā)射的壽命約為Yb3+離子發(fā)射壽命的三分之一；光子數(shù)擬合n值約為3。這些實驗結(jié)果表明，這個熒光發(fā)射來自于三個Yb3+離子（Yb3+-trimer）的合作發(fā)光。利用高分辨光譜測量法得到了具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的低溫發(fā)射光譜，我們發(fā)現(xiàn)實測光譜與理論計算光譜的峰形基本一致。我們給出了發(fā)射光譜的峰位對應(yīng)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)其中一些發(fā)射峰與理論位置相比發(fā)生了藍(lán)移。2、在980nm激光的激發(fā)下，我們在CaF2:Yb3+,Gd3+樣品中首次觀察到了Gd3+離子的上轉(zhuǎn)換發(fā)光（315nm）。光譜分析證實了Gd3+離子6P7/2能級的布居源自于Yb3+團簇的合作能量傳遞。在980nm激光的激發(fā)下，我們在CaF2:Yb3+,Gd3+樣品中首次觀察到了來自Gd3+離子6IJ能級、中心位于282nm的上轉(zhuǎn)換發(fā)射。對于Gd3+離子315nm的發(fā)射，光子數(shù)擬合結(jié)果n值為4。光譜學(xué)結(jié)果表明，Gd3+離子的能級布居主要來源于Yb3+四聚體（Yb3+-tetramer）的合作能量傳遞。3、我們研究了在紫外光激發(fā)下CaF2:Yb3+樣品的光學(xué)特性。激發(fā)光譜結(jié)果表明材料在250nm到310nm之間存在較強的吸收。在紫外光激發(fā)下，Yb3+離子在980nm附近產(chǎn)生多條熒光發(fā)射峰，這些發(fā)射峰來自于Yb3+離子激發(fā)態(tài)到基態(tài)Stark劈裂能級之間的躍遷。Yb3+離子發(fā)射的選擇激發(fā)光譜表明了材料的紫外吸收來源于Yb-O電荷遷移帶。我們設(shè)計了一套量子效率測試裝置，利用相對法得出了約為82%的量子效率值。在太陽能電池實驗中，我們發(fā)現(xiàn)材料能夠提高太陽能電池在紫外區(qū)的響應(yīng)。在紫外光的激發(fā)下，我們首次觀察到了Yb3+離子對的合作發(fā)光。我們的研究結(jié)果在實驗上證實了三個Yb3+離子共同參與的合作發(fā)光以及四個Yb