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Emission von Inversen Opalen aus Seltene Erd-Leuchtstoff

Lengler, Cornelia :
Emission von Inversen Opalen aus Seltene Erd-Leuchtstoff.
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2011)

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Dissertation Cornelia Lengler - PDF
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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Emission von Inversen Opalen aus Seltene Erd-Leuchtstoff
Language: German
Abstract:

In dieser Arbeit wurde ein neuartiges Material untersucht, das aus einem Seltene Erd-Leuchtstoff besteht, der zu einer photonischen Struktur geformt wurde. Seltene Erd-Leuchtstoffe haben eine große industrielle Bedeutung. Sie werden zum Beispiel als Leuchtstoff in Bildröhren, Fluoreszenzlampen und weißen LEDs zugesetzt. Eine gezielte Änderung des Emissionsspektrums ist ein wichtiges Anliegen, da hiermit eine Kontrolle der Farbe der Lampen und LEDs möglich ist. Als photonische Struktur wurde eine inverse Opalstruktur gewählt, die selbstorganisiert synthetisiert wird. So könnte dieses neuartige Material in den großen Mengen hergestellt werden, die für eine Verwendung in Lichtquellen nötig wäre. Als Leuchtstoff wurde der grüne Leuchtstoff LaPO4:Tb3+ ausgesucht, eine Übertragung auf andere Seltene Erd-Leuchtstoffe ist aber möglich. Ein wesentlicher Teil dieser Arbeit bestand aus der Entwicklung von Charakterisierungsmethoden für diese Materialen. dabei waren die wesentlichen Ergebnisse: • Es ist eine gleichmäßige Leuchtstoffverteilung durch den gesamten inversen Opal gegeben. Dies wurde sowohl mit konfokalen Mikroskopals auch Katholumineszenzaufnahmen überprüft. • Die selbstorganisierte Synthese führt zu einem geringen Q-Faktor von 10 bis 20 und zu einer hohen Anzahl von Störstellen. Die mittlere Streulänge beträgt dabei etwa 6 μm. • Durch den Vergleich von Katholumineszenz- mit Elektronenmikroskopaufnahmen konnte gezeigt werden, dass kleinere Störungen und Risse der Struktur kaum Auswirkung auf das Lumineszenzverhalten haben. Eine gewisse Größe der photonischen Struktur ist aber nötig. • Es ist möglich, die Bandlücke gezielt zu setzen. • In Bereich der Wellenlänge der Bandlücke wurden einzelne Spektrallinien um einen Faktor 3.0 reduziert. • Da diese Reduktion richtungsabhängig ist, kann das Spektrum des detektierten Lichtes in-situ verändert werden, indem die numerische Apertur der Detektionsoptik verändert wird. So konnte der Reduktionsfaktor von 3.0 auf 1.5 eingestellt werden. Das neue Material ist trotz hoher Fehlerrate und geringem Q-Faktor gut zur Beinflussung des Emissionsspektrums geeignet. Die spektrale Zusammensetzung des aufgefangenen Lichtes kann mit dem neuen Aufbau in-situ verändert werden.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Photonic crystals possess a periodically modulated dielectric constant on the scale of the wavelength of light. This influences the local density of optical states, which determine the interaction between the electric field of the structure and an emitter. Especially, forbidden spectral regions can occur, so called band gaps. This work studied the influence of an inverse opaline structure on the spontaneous emission of trivalent Terbium phosphors. To provide a homogeneous distribution of the luminescence centers and a regular modulation of the refraction index, the whole photonic band material was composed of luminescing material. A main part of this work concerns of the development of characterization methods for these materials. It was shown with confocal microscope and cathodoluminescence measurements, that the distribution of luminescence centers was homogeneous through the whole inverse opal. The self-organized synthesis lead to a low Q-factor of 10 to 20 and to a large number of scattering centers. The average scattering length was determined to be approximately 6 μm. Nevertheless, a strong influence on the emission spectra was observable. In the region of the wavelength of the bandgap, single spectral lines could be reduced by a factor of 3.0. This reduction is angle depended because the used material shows an incomplete bandgap. Thus, the spectral composition of the detected light could be controlled with a new set-up, which used objectives with different numerical appertures.English
Uncontrolled Keywords: Photonischer Kristall, Seltene Erden, Inverser Opal, Photolumineszenz, Kathodolumineszenz, Terbium
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Photonic Crystal, Rare Earth, Inverse Opal, Photoluminescence, Cathodoluminescence, TerbiumEnglish
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
Divisions: Fachbereich Physik > Angewandte Physik
Date Deposited: 08 Sep 2011 07:17
Last Modified: 07 Dec 2012 12:00
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-27454
License: Creative Commons: Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0
Referees: Walther, Prof. Dr. Thomas and Birkl, Prof. Dr. Gerhard
Refereed: 25 October 2010
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/2745
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