Qua việc khảo sát các mức năng lượng kích thích của ion Ho3+, chúng tôi nhận thấy ion Ho3+ có thể hấp thụ năng lượng tại các bước sóng ở khoảng 361 nm (ứng với chuyển mức 5I8-5G2), 448, 485 và 463 nm (ứng với chuyển mức 5I8- 5F1, 5G6 , 3K8) [13,22]. Với những thiết bị hiện có chúng tôi lựa chọn bước sóng kích thích cho vật liệu Y2O3:Ho3+là 442 nm. Phổ huỳnh quang của vật liệu Y2O3:x%Ho3+ (x=0,1 – 10,0) được trình bày trên hình 3.6.
Phổ huỳnh quang của vật liệu Y2O3:x%Ho3+ thể hiện các đỉnh huỳnh quang đặc trưng của ion Ho3+. Phổ huỳnh quang thu được có hai vùng phát xạ ở khoảng 530 đến 560 nm, và ở khoảng 640 đến 670 nm. Phát xạ mạnh ở khoảng 530 đến 560 nm có cực đại 550nm tương ứng với các chuyển mức 5S2, 5F4 →5I8 của ion
Ho3+ [8, 13,22, 23], phát xạ còn lại yếu hơn nằm trong khoảng 640 đến 670 nm với cực đại tại 668 nm được quy cho chuyển các mức năng lượng 5F5 – 5I8của ion Ho3+ [8, 13, 22]. Kích thích 442 nm đưa ion Ho3+ từ trạng thái cơ bản 5I8 lên trạng thái kích thích 5F1, rồi sau đó từ trạng thái kích thích này electron hồi phục về các mức năng lượng kích thích trung gian 5S2, 5F4 và 5F5.
Hình 3.6: Phổ huỳnh quang của vật liệu Y2O3:x%Ho3+ nung ở nhiệt độ 700oC trong vùng 520-730 nm (hình lớn) và một đoạn phổ trong vùng 520-600 nm (hình nhỡ); hình nhỏ thể hiện sự phụ thuộc của cường độ huỳnh quang tại bước song 550 nm theo nồng độ Ho3+.
Khả năng phát quang của vật liệu phụ thuộc vào hàm lượng honmi pha tạp. Khi nồng độ pha tạp là 0,1%, cường độ phát quang còn thấp do số tâm phát
quang chưa đủ lớn. Khi nồng độ Ho3+ tăng, thì cường độ huỳnh quang tiếp tục tăng (do số tâm huỳnh quang trong vật liệu tăng) và đạt cực đại khi nồng độ pha tạp là 2%; khi tiếp tục tăng nồng độ Ho3+, cường độ huỳnh quang giảm – điều này được giải thích do hiệu ứng dập tắt về nồng độ [23]. Như vậy hàm lượng pha tạp tốt nhất để tổng hợp vật liệu Y2O3:x% Ho3+ là 2,0%. Kết quả này là khá phù hợp so với công bố [23] ở đó cường độ huỳnh quang đạt cực đại khi nồng độ pha tạp là 1%.