PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69332056T2 27.02.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 0569257
Titel Infrarot/sichtbar-aufwärts-Umwandlungsmaterial und Infrarotlicht-Erkennungselementen diese enthaltende
Anmelder Nippon Telegraph and Telephone Corp., Tokio/Tokyo, JP;
Sumita Optical Glass, Inc., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Ohwaki, Junichi, Mito-shi, Ibaraki-ken 310, JP;
Wang, Yuhu, Chiyoda-ku, Tokyo, JP;
Shibukawa, Atsushi, Higashi-Ibaraki-gun, Ibaraki-ken 311-31, JP;
Sawanobori, Naruhito, Chiyoda-ku, Tokyo, JP;
Nagahama, Shinobu, Chiyoda-ku, Tokyo, JP
Vertreter Schwabe, Sandmair, Marx, 81677 München
DE-Aktenzeichen 69332056
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 07.05.1993
EP-Aktenzeichen 933035669
EP-Offenlegungsdatum 10.11.1993
EP date of grant 26.06.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.02.2003
IPC-Hauptklasse C09K 11/85
IPC-Nebenklasse G06K 19/10   G02F 2/02   

Beschreibung[de]

Diese Erfindung behandelt ein Infrarot-zu-Sichtbar-Umwandlungsmaterial, das bei Bestrahlung mit Infrarotlicht zur Wiederausstrahlung von Licht (Fluoreszenz) mit spektralen Anteilen im sichtbaren Bereich in der Lage ist; im Speziellen wird ein Infrarot-zu-Sichtbar-Umwandlungsmaterial betrachtet, das in einem Nachweiselement für Infrarotlicht mit einem günstigen Umwandlungswirkungsgrad und einer geeigneten Empfindlichkeit für Infrarotlicht des 1,5-um-Bands, des 0,98-um-Bands und des 0,8-um-Bands eingesetzt werden kann, ohne dass Voranregung notwendig ist.

In jüngster Zeit ist der Bedarf für Elemente zum Nachweis von Infrarotlicht gestiegen. Die Anwendungen reichen vom Erfassen der Strahlposition von emittierenden Elementen wie Lasern, LDs und LEDs über die Mustererfassung von Modenformen bis hin zur Suche nach Bruchstellen in Glasfaserkabeln. Die für diese Anwendungen verfügbaren Systeme lassen sich grob einteilen in rein elektrische Systeme, z. B. optische Leistungsmesser mit Halbleiter-Photodioden, und solche, die im sichtbaren Bereich arbeiten, z. B. Vidicons, Bildverstärker und IR-anregbare Leuchtstoffe.

Die rein elektrisch funktionierenden Systeme bieten zwar den Vorteil hoher Empfindlichkeit, doch ist bei ihnen kein visueller Nachweis möglich. Auf der anderen Seite ist die Empfindlichkeit beim Vidicon oder Bildverstärker zu gering, und die Herstellungskosten liegen höher. Als vielversprechend galt daher ein Infrarot-zu- Sichtbar-Umwandlungsmaterial wie ein IR-anregbarer Leuchtstoff mit visueller Nachweismöglichkeit, relativ hohem Umwandlungswirkungsgrad, geeigneter Empfindlichkeit und geringen Kosten.

Ein Leuchtstoff wird normalerweise von einer geeigneten Anregungsquelle angeregt. Das vom angeregten Leuchtstoff ausgestrahlte Licht weist je nach Art des Materials unterschiedliche spektroskopische Verteilungen auf Daher kann ein Leuchtstoff für verschiedene Anwendungsbereiche eingesetzt werden, indem man ihn mit einer geeigneten Anregungsquelle kombiniert. Im Speziellen ist ein Material mit der Bezeichnung "IR-anregbarer Leuchtstoff" dafür bekannt, infrarotes in sichtbares Licht umwandeln zu können, also in Richtung kleinerer Wellenlängen. Damit bei der Anti-Stokes-Umwandlung von infrarotem zu sichtbarem Licht Photonen mit deutlich höherer Energie entstehen, müssen Eigen- und Anregungswellenlängen eines Material sorgfältig aufeinander abgestimmt werden.

Als Stand der Technik bei Infrarot-zu-Sichtbar-Umwandlungsmaterialien ist die "IR Sensor Card" bekannt (Handelsname des Herstellers QUANTEX Co.). Dieses Produkt sendet unter Bestrahlung mit Infrarotlicht rotes oder blaugrünes Licht aus, je nach Art des Leuchtstoffs. Bei diesem Sensor ist vor der Bestrahlung mit Infrarotlicht eine vorherige Anregung erforderlich (jedoch auch mit Raumlicht möglich), und die Anregung durch Infrarotlicht kann erst nach dieser Voranregung stattfinden. Wird jedoch das infrarotempfindliche Nachweiselement kontinuierlich mit Infrarotlicht bestrahlt, besteht das Problem, dass der Umwandlungswirkungsgrad sich mit der Zeit ändert, wenngleich umkehrbar, und dass die Emissionsintensität des sichtbaren Lichts allmählich abnimmt.

Auf der anderen Seite wurde über Infrarot-zu-Sichtbar-Umwandlungsmaterialien berichtet, die keine vorherige Anregung benötigen, darunter typischerweise YF&sub3;: Er, Yb; Y&sub3;OCl&sub7;: Er, Tb (H. Kuroda et al. J. Phys. Soc. Jpn., Bd. 33, Nr. 1, 1972, 5. 125-141), NaLnF&sub4;: Er, Yb (Ln: Y, Gd, La) (T. Kano et al. J. Electrochem. Soc., Bd. 119, Nr. 11, 1972, S. 1561-1564), BaY&sub2;F&sub8;: Er, Yb (Y. Mita et al. Appl. Phys. Lett., Bd. 23, Nr. 4, 1973, S. 173-175), (PbF&sub2;-GeO&sub2;): Er, Yb, (PbF&sub2;-GeO&sub2;): Tm, Yb (F. Auzel et al., J. Electrochem. Soc., Bd. 122, Nr. 1, 1975, S. 101-107). Bei diesen Materialien wird die Multiphoton-Anregung von Ionen seltener Erden ausgenutzt (hauptsächlich Er³&spplus;-Ionen).

Die oben beschriebenen Materialien, die die Multiphoton-Anregung von Ionen seltener Erden ausnutzen, besitzen jedoch alle nur einen geringen Umwandlungswirkungsgrad für Infrarotlicht und eine niedrige Empfindlichkeit. Wie oben beschrieben, haben die Materialien nach dem Stand der Technik die Nachteile, dass vor der Bestrahlung mit Infrarotlicht eine vorherige Anregung erforderlich ist, und dass bei Dauerbestrahlung mit Infrarotlicht die Intensität des emittierten Lichts mit der Zeit abnimmt. Selbst wenn eine Voranregung nicht notwendig ist, sind der Umwandlungswirkungsgrad und die Empfindlichkeit niedrig.

In EP-A-0.523.828 wird ein kristallines phosphoreszierendes Umwandlungsmaterial beschrieben, das das Halogenid einer seltenen Erde enthält, etwa LaBr&sub3;, dotiert mit Erbium-Ionen.

DE-A-2.018.352 behandelt ein Bariumhalogenid zur Infrarot-zu-Sichtbar-Umwandlung; darin wird ein Leuchtstoff aus Bariumchlorid beschrieben, der durch Erbium aktiviert wird und Licht bei einer Wellenlänge von 660 nm emittiert.

In US-A-3,623,907 wird ein IR-anregbarer Leuchtstoff aus Strontiumchlorid beschrieben, der durch Erbium-Ionen aktiviert wird.

In der vorliegenden Erfindung wird ein Infrarot-zu-Sichtbar-Umwandlungsmaterial zur Verfügung gestellt, mit dem die Probleme bisheriger Materialien gelöst werden und das bei Bestrahlung mit Infrarotlicht zur Wiederausstrahlung von Licht mit spektralen Komponenten im sichtbaren Bereich in der Lage ist.

In der vorliegenden Erfindung wird außerdem ein Infrarot-zu-Sichtbar-Umwandlungsmaterial zur Verfügung gestellt, das in einem Infrarotlicht-Nachweiselement mit einem günstigen Umwandlungswirkungsgrad und einer geeigneten Empfindlichkeit für Infrarotlicht des 1,5-um-Bands, des 0,98-um-Bands und des 0,8-um- Bands eingesetzt werden kann, ohne dass Voranregung notwendig ist.

Diese Eigenschaften lassen sich erreichen mit einem Infrarot-zu-Sichtbar-Umwandlungsmaterial aus einem anorganischen Material, das mindestens zwei Elemente von Erbium (Er) und Halogenen oder Verbindungen daraus umfasst.

Mit den beigefügten Abbildungen sollen das Prinzip und die Vorteile der vorliegenden Erfindung im Detail dargestellt werden.

Fig. 1 ist ein Beispiel für ein Emissionsspektrum, bei dem Beispiel 1 des Infrarotzu-Sichtbar-Umwandlungsmaterials der vorliegenden Erfindung mit Infrarotlicht der Wellenlänge 1,5 um angeregt wird.

Fig. 2 ist ein Beispiel für ein Emissionsspektrum, bei dem ein kommerzielles Infrarot-zu-Sichtbar-Umwandlungsmaterial nach dem Stand der Technik mit Infrarotlicht des 1,5-um-Bands bestrahlt wird.

Fig. 3 zeigt einen 4f-Elektronenzustand eines Er (3+)-Ions bei einem 545-nm- Emissionsprozess, der stattfindet, wenn ein Infrarot-zu-Sichtbar-Umwandlungsmaterial mit dem oben beschriebenen Emissionsspektrum aus Beispiel 1 mit Infrarotlicht des 1,5-um-Bands angeregt wird.

Fig. 4 ist ein Emissionsspektrum von Beispiel 2 des Infrarot-zu-Sichtbar-Umwandlungsmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 5 ist ein Emissionsspektrum von Beispiel 3 des Infrarot-zu-Sichtbar-Umwandlungsmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 6 zeigt die Beziehung zwischen der Spitzenintensität bei 540-550 nm und der Er-Konzentration, wenn das Infrarot-zu-Sichtbar-Umwandlungsmaterial der vorliegenden Erfindung mit Infrarotlicht der Wellenlänge 1,5 um angeregt wird.

Fig. 7 ist ein Beispiel für ein Anregungsspektrum bei Wellenlängen des 1,5-um- Bands bei einem Infrarot-zu-Sichtbar-Umwandlungsmaterial der vorliegenden Erfindung.

Fig. 8 ist ein Beispiel für ein Emissionsspektrum, das man erhält, wenn das Infrarot-zu-Sichtbar-Umwandlungsmaterial der vorliegenden Erfindung mit Infrarotlicht der Wellenlänge 0,8 um angeregt wird.

Fig. 9 ist ein Beispiel für ein Emissionsspektrum, das man erhält, wenn ein Infrarot-zu-Sichtbar-Umwandlungsmaterial, das in einer kommerziellen IR-Sensorkarte verwendet wird (Handelsname "IR Catcher-Mark 2", Hersteller Tokin Corp.), mit Infrarotlicht des 0,8-um-Bands bestrahlt wird.

Fig. 10 zeigt die Beziehung zwischen der Spitzenintensität bei 540-550 nm und der Er-Konzentration, wenn das Infrarot-zu-Sichtbar-Umwandlungsmaterial der vorliegenden Erfindung mit Infrarotlicht der Wellenlänge 0,8 um angeregt wird.

Die Erfinder haben verschiedene Versuche zur Entwicklung eines Infrarot-zu- Sichtbar-Umwandlungsmaterials durchgeführt, das in einem Infrarotlicht- Nachweiselement mit einem günstigen Umwandlungswirkungsgrad und einer geeigneten Empfindlichkeit für Infrarotlicht eingesetzt werden kann. Sie haben nun ein Infrarot-zu-Sichtbar-Umwandlungsmaterial gefunden, das aus einem anorganischen Material besteht, welches mindestens zwei Elemente von Erbium (Er) und Halogenen oder Verbindungen daraus umfasst.

Die Emissionseigenschaften von Ionen seltener Erden in einem Festkörper hängen stark von der Konzentration dieser Ionen selbst ab sowie von der Matrix, in die diese Ionen eingebettet sind. Als Matrixmaterialien für die Multiphoton-Anregung von Ionen seltener Erden wurden Fluoride, Oxyfluoride und Oxychloride eingesetzt. Gemäß der vorliegenden Erfindung erhält man ein Infrarot-zu-Sichtbar- Umwandlungsmaterial mit einem höheren Umwandlungswirkungsgrad als die Materialien nach dem Stand der Technik durch die Entdeckung einer neuen Matrix ohne Sauerstoff, wie oben beschrieben, mit der Möglichkeit, Ionen seltener Erden (Er³&spplus;) in großer Anzahl gleichmäßig einzubauen.

Das Infrarot-zu-Sichtbar-Umwandlungsmaterial der vorliegenden Erfindung kann hergestellt werden durch Mischen der folgenden Bestandteile in einem vorgegebenen Mengenverhältnis und nachfolgendem Calcinieren des Gemisches.

Im Speziellen umfasst das Infrarot-zu-Sichtbar-Umwandlungsmaterial der vorliegenden Erfindung ein anorganisches Material mit folgenden Bestandteilen:

ErCl&sub3; 0,5 bis 40 Mol-%

Erdalkalichlorid (z. B. BaCl&sub2;) 5 bis 80 Mol-%

PbCl&sub2; 0 bis 60 Mol-% (vorzugsweise 2 bis 60 Mol-%)

CdCI&sub2; 0 bis 70 Mol-% (vorzugsweise 2 bis 70 Mol-%)

AgCl 0 bis 40 Mol-% (vorzugsweise 2 bis 40 Mol-%)

CuCl 0 bis 50 Mol-% (vorzugsweise 2 bis 50 Mol-%)

oder

ErBr&sub3; 0,5 bis 50 Mol-%

Erdalkalibromid (z. B. BaBr&sub2;) 5 bis 80 Mol-%

PbBr&sub2; 0 bis 60 Mol-% (vorzugsweise 5 bis 60 Mol-%)

CdBr&sub2; 0 bis 50 Mol-% (vorzugsweise 5 bis 50 Mol-%)

AgBr 0 bis 50 Mol-% (vorzugsweise 50 bis 50 Mol-%)

CuBr 0 bis 60 Mol-% (vorzugsweise 5 bis 60 Mol-%)

Fig. 1 ist ein Beispiel für ein Emissionsspektrum, das man erhält, wenn das Infrarot-zu-Sichtbar-Umwandlungsmaterial der vorliegenden Erfindung durch Infrarotlicht der Wellenlänge 1,5 um angeregt wird. Die Wellenlängenbereiche der Emissionsspitzen in Fig. 1 sind 405-415 nm, 520-550 nm, 650-670 nm und 790-830 nm. Am stärksten ist die Emission bei 520-550 nm, was vom bloßen Auge als grünes Licht wahrgenommen wird. Fig. 2 ist ein Beispiel für ein Emissionsspektrum, das man erhält, wenn ein Infrarot-zu-Sichtbar-Umwandlungsmaterial (Er(3+)-enthaltendes Fluorid), das in einem kommerziellen Produkt verwendet wird (Handelsname "IR Catcher-Mark 2", Hersteller Tokin Corp.), mit Infrarotlicht des 1,5-um-Bands bestrahlt wird. Der Vergleich der beiden Emissionsspektren zeigt, dass beim Emissionsspektrum von Fig. 1 die Intensität in den Bereichen 520-550 nm und 405-415 nm höher und die Intensität bei 650-670 nm niedriger ist als in Fig. 2. Bei diesen Emissionsspitzen beträgt die Intensität (spektrale Lichtausbeute) für die Wahrnehmung von Helligkeit durch das menschliche Auge, wenn man für die Wellenlänge 555 nm den Wert 100 setzt, etwa 97,5 bei 520-550 nm und etwa 6,5 bei 650-670 nm. Dies zeigt, dass das menschliche Auge bei 520- 550 nm eine 15 mal höhere Empfindlichkeit als bei 650-670 nm besitzt; bei verdoppelter Emissions-Spitzenintensität im Bereich 520-550 nm kann die Intensität bei 650-670 nm auf 1/30 absinken, ohne dass sich die wahrgenommene Helligkeit wesentlich ändert. Aus diesem Grund gleicht die Erhöhung der Spitzenintensität bei 520-550 nm die niedrigere Intensität bei 650-670 nm mehr als aus. Aus dem oben beschriebenen Ergebnis geht klar hervor, dass bei dem Infrarot-zu-Sichtbar- Umwandlungsmaterial der vorliegenden Erfindung der Wirkungsgrad der Umwandlung aus dem 1,5-um-Band in sichtbare Wellenlängen im Vergleich zu Materialien nach dem Stand der Technik deutlich höher liegt.

Die vorliegende Erfindung wird nun im Detail anhand der beigefügten Abbildungen und der nachfolgenden Beispiele erläutert.

Die Bestandteile, die Mengenverhältnisse und die Reihenfolge des Vorgehens können, für Fachleute leicht ersichtlich, in vielfältiger Weise abgewandelt werden, ohne dass der Bereich der vorliegenden Erfindung verlassen wird. Daher sollte die vorliegende Erfindung nicht als auf die folgenden Beispiele beschränkt betrachtet werden.

Beispiel 1

Eine Ausführungsform des Infrarot-zu-Sichtbar-Umwandlungsmaterials mit einem Emissionsspektrum wie in Fig. 1 wurde wie folgt hergestellt. Die kommerziellen Pulverreagenzien ErCl&sub3;, YCl&sub3;, BaCl&sub2; und PbCl&sub2; (alle Pulver mindestens 3 N) wurden in einem festgelegten Mengenverhältnis abgewogen (z. B. ErCl&sub3; : YCl&sub3; : BaCl&sub2; : PbCl&sub2; = 20 : 15 : 35 : 30 Mol-%), in einem Mörser pulverisiert und gleichzeitig zermahlen und vermischt. Das resultierende Pulvergemisch wurde in einen Tiegel aus Glaskohlenstoff gefüllt und in einen elektrischen Ofen gestellt, dessen Temperatur zunächst bei 650ºC lag und danach erhöht wurde. Das Gemisch wurde zur Reaktion 1 Stunde lang auf einer Calcinierungstemperatur von 950ºC gehalten, danach wurde die Temperatur allmählich um 5ºC/min reduziert. Nachdem die Ofentemperatur auf etwa 650ºC abgesunken war, wurde das Gemisch als fertige Probe verwendet. Während der Calcinierung wurde ein Gasgemisch aus CCl&sub4; + N&sub2; (oder Cl&sub2;) in den Ofen geleitet; die Kontamination durch Sauerstoff oder Feuchtigkeit wurde vermieden, um eine Atmosphäre zur Chlorierung der im Rohmaterial enthaltenen Oxide zu schaffen. Um das Rohmaterial vor der Oxidierung durch Kontakt mit Sauerstoff oder Feuchtigkeit zu bewahren, wurden sämtliche Vorgänge wie das Abwiegen der Reagenzien, die Vorbereitung, das Schmelzen und das Sintern unter einer Gasatmospäre aus N oder Ar ausgeführt. Als Tiegelmaterial lassen sich anstelle von Glaskohlenstoff auch Quarz, Platin oder Gold verwenden.

Wenn als Rohmaterialien keine reinen Chloride verwendet wurden, zum Beispiel die Oxide Er&sub2;O&sub3;, Y&sub2;O&sub3;, BaCO&sub3; etc., wurden diese gemischt, in einen Tiegel aus Glaskohlenstoff oder Platin gefüllt und in einem Atmosphärenofen erhitzt; durch diesen wurde ein hochreaktives Gas wie HCl oder Cl&sub2; geleitet und so das Material chloriert. Auf diese Weise ließ sich ein ähnliches Infrarot-zu-Sichtbar-Umwandlungsmaterial darstellen.

Das so hergestellte Infrarot-zu-Sichtbar-Umwandlungsmaterial wurde mit LD- Licht der Wellenlänge 1,5 um (5 mW Leistung) angeregt, um das Emissionsspektrum nach Fig. 1 zu erhalten. Außerdem wurde ein Infrarot-zu-Sichtbar-Umwandlungsmaterial (Er(3+) enthaltendes Fluorid), das in einem kommerziellen Produkt eingesetzt wird (Handelsname "IR-Catcher-Mark 2", Hersteller Tokin Corp.), in ähnlicher Weise mit Infrarotlicht des 1,5-um-Bands bestrahlt, um das Emissionsspektrum nach Fig. 2 zu erhalten. Fig. 3 zeigt einen 4f-Elektronenzustand des Er (3+)-Ions. In den Emissionsspektren von Fig. 1 und Fig. 2 entsprechen den Spitzen bei 410 nm, 522 nm, 545 nm, 660 nm und 800 nm Emissionen durch strahlende Übergänge vom angeregten Zustand des 4f-Elektrons von Er (3+) zum Grundzustand, also ²H9/2 → &sup4;I15/2 → ²H11/2 → &sup4;I15/2 → &sup4;S3/2 → &sup4;I15/2 → &sup4;F9/2 → &sup4;I15/2 und &sup4;F9/2 → &sub4;I15/2. Die Spitzenintensität bei 520-550 nm im Emissionsspektrum von Fig. 1 ist etwa 9 mal höher als die entsprechende Spitzenintensität in Fig. 2.

Der angenommene Mechanismus wird im Folgenden am Beispiel der Aufwärtsumwandlung von 15 um auf 545 um dargestellt. Wie in Fig. 3 gezeigt, wird ein Übergang vom Grundzustand (&sup4;I15/2) des 4f-Elektrons des Er (3+)-Ions zum angeregten Zustand (&sup4;I13/2) sowie der Übergang von dem oben beschriebenen angeregten Zustand zum oben beschriebenen Grundzustand (&sup4;I13/2 → &sup4;I15/2) durch Bestrahlung mit Infrarotlicht der Wellenlänge 1,5 um bewirkt. Gleichzeitig wird die Übergangsenergie nichtstrahlend an ein anderes Er (3+)-Ion übertragen, wodurch eine zweistufige Anregung vom angeregten Zustand (&sup4;I13/2) zu dem noch höher angeregten Zustand (&sup4;I9/2) erfolgt. Durch einen ähnlichen Energietransfer wird eine dreistufige Anregung vom angeregten Zustand (&sup4;I9/2) des Er (3+)-Ions zu dem noch höher angeregten Zustand (²H11/2) bewirkt. Somit erhält man bei 545 nm eine Emission durch Relaxation des oben beschriebenen angeregten Zustands (²H11/2) zum direkt darunter liegenden Zustand (&sup4;S3/2) durch strahlungslosen Zerfall und den Übergang von diesem Zustand zum Grundzustand (&sup4;S3/2 → &sup4;I15/2)

Da das Chlorid-Material der vorliegenden Erfindung eine kleinere Phonon- Energie der Matrix aufweist als die Oxid- oder Fluorid-Materialien nach dem Stand der Technik, findet der strahlungslose Übergang vom angeregten Zustand zu dem Zustand direkt darunter kaum statt, was die Lebensdauer im angeregten Zustand verlängert; daher ergibt sich eine stärkere grüne Emission bei 545 nm als bei den Materialien nach dem Stand der Technik. Unter diesem Gesichtspunkt sind weder Oxid- noch Fluorid-Materialien vorzugsweise zu verwenden.

In diesem Beispiel wurde das Material durch Reaktion in fester oder flüssiger Phase hergestellt, doch auch nach Herstellung in einer Gasphasenreaktion wie Vakuumaufdampfen, Sputtering oder chemischem Aufdampfen (Chemical Vapor Deposition = CVD) wurden ähnliche Effekte beobachtet.

Beispiel 2

Ein Infrarot-zu-Sichtbar-Umwandlungsmaterial wurde analog zum Beispiel 1, aber mit folgender Zusammensetzung hergestellt: ErCl&sub3; : YCl&sub3; : BaCl&sub2; : NaCI = 20 : 15 : 30 : 35 Mol%. Die Anregung erfolgte mit LD-Licht von 1,5 um (5 mW Leistung), das resultierende Emissionsspektrum ist in Fig. 4 gezeigt. In diesem Beispiel wurden ähnliche Vorteile wie in Beispiel 1 erzielt, und die Spitzenintensität bei 520-550 nm im Emissionsspektrum der Fig. 4 war etwa doppelt so hoch oder noch höher als die entsprechende Spitzenintensität beim Material nach dem Stand der Technik in Fig. 2.

Beispiel 3

Ein Infrarot-zu-Sichtbar-Umwandlungsmaterial wurde analog zum Beispiel 1, aber mit folgender Zusammensetzung hergestellt: ErCl&sub3; : YCl&sub3; : BaCl&sub2; = 30 : 40 : 30 Mol-%. Die Anregung erfolgte mit LD-Licht von 1,5 um (5 mW Leistung), das resultierende Emissionsspektrum ist in Fig. 5 gezeigt. In diesem Beispiel wurden ähnliche Vorteile wie in Beispiel 1 erzielt, und die Spitzenintensität bei 520- 550 nm im Emissionsspektrum der Fig. 5 war etwa 1,5 mal so hoch oder noch höher als die entsprechende Spitzenintensität beim Material nach dem Stand der Technik in Fig. 2.

Beispiel 4

Ein Infrarot-zu-Sichtbar-Umwandlungsmaterial wurde analog zum Beispiel 1, aber mit folgender Zusammensetzung hergestellt: ErCl&sub3; : BaCl&sub2; = x : (100 - x) Mol-%. Die Anregung erfolgte mit LD-Licht der Wellenlänge 1,5 um (Leistung mW); das resultierende Emissionsspektrum mit der Beziehung zwischen der Spitzenintensität bei 540-550 nm und x ist in Fig. 6 gezeigt. Die Spitzenintensität erreicht den Maximalwert im Wesentlichen bei x = 20 - 30, und die Spitzenintensität bei x = 28 ist mindestens 40 mal so hoch wie in Fig. 2.

Das Anregungsspektrum (Emissionswellenlänge: 540-550 nm) des Materials dieses Beispiels, gemessen mit einer in der Wellenlänge abstimmbaren LD, ist in Fig. 7 gezeigt. Die Anregungsspitze liegt bei 1,5355 um, und diese Wellenlänge stimmt im Wesentlichen überein mit der Wellenlänge der maximalen Verstärkung (1,536 um) von EDFA (erbiumdotierter Faserverstärker).

Beispiel 5

Ein Infrarot-zu-Sichtbar-Umwandlungsmaterial wurde analog zum Beispiel 1, aber mit folgender Zusammensetzung hergestellt: ErCl&sub3; : BaCl&sub2; = 25 : 75 Mol-%. Die Anregung erfolgte mit LD-Licht von 0,8 um Wellenlänge (75 mW Leistung), das resultierende Emissionsspektrum ist in Fig. 8 gezeigt. Das Emissionsspektrum eines kommerziellen Produkts, mit der gleichen Messmethode aufgenommen, ist in Fig. 9 gezeigt. Die Ordinate in Fig. 9 ist im Vergleich zur Fig. 8 um den Faktor 100 vergrößert. Die Spitzenintensität bei 540-550 nm in Fig. 8 ist etwa 180 mal so hoch oder noch höher als die entsprechende Spitzenintensität in Fig. 9.

Ein Infrarot-zu-Sichtbar-Umwandlungsmaterial wurde mit der Materialzusammensetzung ErCl&sub3; : BaCl&sub2; = x : (100 - x) Mol-% hergestellt und mit LD-Licht von 0,8 um (75 mW Leistung) angeregt; das resultierende Emissionsspektrum mit der Beziehung zwischen der Spitzenintensität bei 540-550 nm und x ist in Fig. 10 gezeigt. Bei x = 20 - 30 befindet sich im Wesentlichen das Maximum der Spitzenintensität.

Bei dem Chlorid-Materialtyp der vorliegenden Erfindung wurde gleichermaßen bei Anregung mit 0,98 um eine starke Emissionsspitze bei 496 nm beobachtet, selbst wenn andere Zusammensetzungen verwendet wurden.

Wie aus den vorangehenden Abbildungen und Beispielen hervorgeht, weist das Infrarot-zu-Sichtbar-Umwandlungsmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung aus einem anorganischen Material, das mindestens zwei Elemente von Erbium (Er) und Halogenen oder Verbindungen daraus umfasst, einen besseren Umwandlungswirkungsgrad als die Materialien nach dem Stand der Technik auf und zeigt bei Bestrahlung mit Infrarotlicht des 1,5-um-Bands eine Wiederausstrahlung von Licht mit spektralen Komponenten im sichtbaren Bereich. Dementsprechend kann das Material in einem Nachweiselement für Infrarotlicht mit günstigem Umwandlungswirkungsgrad und geeigneter Empfindlichkeit für Infrarotlicht des 1,5-um- Bands, des 0,98-um-Bands und des 0,8-um-Bands zum Einsatz kommen, ohne dass eine Voranregung notwendig ist.

Des Weiteren bietet das Infrarot-zu-Sichtbar-Umwandlungsmaterial der vorliegenden Erfindung den Vorteil, dass der Wirkungsgrad der Wellenlängenumwandlung von eingestrahltem zu sichtbarem Licht sowie die Emissionsintensität des sichtbaren Lichts für einen langen Zeitraum stabilisiert werden kann.


Anspruch[de]

Infrarot-sichtbar-aufwärts-Umwandlungsmaterial, das Lumineszenz in einem Bereich von 520-550 nm und 650-670 nm während der Bestrahlung emittieren kann, bestehend aus einem anorganischen Material, bestehend im Wesentlichen aus:

(a) Erbiumchlord 0,5 bis 40 Mol-% oder Erbiumbromid 0,5 bis 50 Mol-%

(b) Erdalkalihalide, ausgewählt unter Erdalkalichloriden und -bromiden 5 bis 80 Mol-%

(c) Pb-Halid, ausgewählt unter Pb-Chlorid und -Bromid 0 bis 60 Mol-%

(d) Cd-Chlorid 0 bis 70 Mol-% oder Cd-Bromid 0 bis 50 Mol-%

(e) Ag-Chlorid 0 bis 40 Mol-% oder Ag-Bromid 0 bis 50 Mol-%

(f) Cu-Chlorid 0 bis 50 Mol-% oder Cu-Bromid 0 bis 60 Mol-%

mit der Maßgabe, dass dann, wenn das Material Erbiumchlorid enthält, keine Bromide anderer Metalle vorhanden sind, und dass dann, wenn das Material Erbiumbromid enthält, keine Chloride anderer Metalle vorhanden sind, und außerdem mit der Maßgabe, dass das Material keine anderen seltenen Erden als Erbium enthält.

Infrarot-sichtbar-aufwärts-Umwandlungsmaterial gemäß Anspruch 1, worin das Halogen Brom ist und zusätzlich umfassend mindestens ein Element, ausgewählt unter Yttrium (Y) und Blei (Pb) oder Verbindungen dieser Elemente, ausgenommen die Oxide derselben.

Infrarot-sichtbar-aufwärts-Umwandlungsmaterial gemäß Anspruch 1, worin das anorganische Material ErCl&sub3; und BaCl&sub2; umfasst.

Infrarotlicht-Erkennungselement, wann immer es ein Infrarot-sichtbar-aufwärts- Umwandlungsmaterial gemäß einem der vorstehenden Ansprüche umfasst.







IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com