稀土材料對現代社會文明之演進，扮演著極為重要的角色，舉凡 照明、顯示、磁性與超導、催化、儲能等材料之發展與應用，均可發 現許多實例[3,4,5]。其中在發光材料研發之領域，更難脫離稀土材料範 疇。一般而言，稀土離子光譜與相關能態分布之資訊可提供發光學基 礎研究所需的重要數值，因此建立在不同能量(或波長)範圍之稀土離 子光譜，實為稀土發光基礎與應用研究最重要的課題。
稀土離子光譜為大家所熟知的特徵即為非常窄的放射峰，此乃因 為其放射是由 4fn殼層組態內的 4fn→4fn躍遷所造成。4f 殼層的電子 因為位於內層，受外圍5s 及 5p 殼層電子的遮蔽，因此對稀土離子與 配位基間的化學鍵結並無太多的參與，所以 4fn殼層組態內的躍遷受 配位基的影響相當微弱，也因此產生像自由離子(free ion)一樣的窄放 射峰光譜。
經許多研究團隊經過多年的努力，由三價稀土離子的光譜實驗量 測及能階結構的計算，迄今已有些具體的成果。Dieke 首先於 1960 年以理論計算並建立摻雜於LaCl3主體晶格稀土離子(Ln3+)的 4fn能階
3 Kim, K.N.; Jung, H.K.; Park, H.D.; Kim, D., Journal of Materials research 2002, 17, 907.
4 Souriau, J.C.; Romero, R.; Borel, C.; Wyon, Ch.; Li, C.; Moncorge, R., Optical Materials 1994, 4,
圖譜(簡稱 Dieke diagram) [6]，其能量範圍在0-42,000 cm-1之間，約相 當於紅外、可見與紫外光的波長。由於主體晶格晶場對稱與強度對稀 土離子4f 能階的影響相當小，因此 Dieke diagram 幾乎可沿用至摻雜 於任何主體晶格的三價稀土離子4f 能級上。
隨後，美國Argonne 國家實驗室 Carnall 等人於 1988 年提出摻雜 於LaF3主體晶格稀土離子(Ln3+)的 4fn能階圖譜[7]。其內容較為詳細，
並成功將能譜範圍擴展到50,000 cm-1，其中 40,000~50,000 cm-1的能 階結構主要是經由理論計算得之。之後，許多其他的主體亦被用以研 究三價稀土離子的4fn能階，使得此能量範圍的能階圖譜漸趨完整[8]。
然而文獻上幾乎所有對 4fn 能階的研究都集中在 40,000 cm-1 以 下，對於能級高於50,000 cm-1 (即真空紫外波段，波長短於 200 nm) 的三價稀土離子4fn能階相關研究則相當的少。其主要原因在於：
1.設備缺乏造成量測困難。真空紫外波段的量測需要特別的實驗設 備，例如：同步輻射的VUV 輻射源或氘燈以及處於真空或鈍氣下 的操作環境。
2. 源自選擇律宇稱禁制(parity-forbidden)的 4fn → 4fn躍遷強度弱，受
6 Dieke, G.H.; Crosswhite, H.M., Appl. Opt. 1963, 2, 675.
7 Carnall et al. A Systematic Analysis of the Spectra of the Lanthanides Doped into Single Crystal LaF3
(Argonne National Laboratory, Argonne, IL 1988)
8 C. Görller-Walrand and K. Binnemans, in Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths Vol.23, edited by K. A. Gschneidner, Jr. and L. Eyring (Elsevier Science, Amsterdam, 1996), Chapter
強度較強宇稱所允許的4fn → 4fn-15d 或電荷轉移(charge transfer)躍 遷干擾與遮蔽，以致實驗上4fn → 4fn躍遷難以被觀察到。
3. 過去真空紫外範圍內稀土離子 4fn光譜能級相關知識需求不大。然 而，近年來由於電漿平面顯示器(PDP)與無汞螢光燈綠色產品之強 烈需求與蓬勃發展[9,10]，全球對於真空紫外激發螢光體之需求漸趨 殷切，故其相關的基礎研究有必要深入進行。
圖2–4 Extended Dieke’s diagram：LiYF4主體晶格中三價鑭系離子的4fn能階圖 譜，能量範圍擴展到70,000 cm-1[11]
荷蘭的R. T. Wegh 等人[11]利用德國DESY 同步輻射裝置對稀土 離子 VUV 波段的激發光譜做了細緻的研究，並將其與理論計算對 VUV 能量範圍 4f 能階的預測相互應證，成功地將 Dieke diagram 擴展 到了70,000 cm-1的能量範圍(參閱第 13 頁圖 2–4)，Wegh 等人選擇高 純度的LiYF4作為稀土摻雜的主體，因為在此種氟化物晶格中，可能 與稀土離子中處於高能量範圍的4fn能階相互干擾的4fn-15d 以及電荷 轉移能階都處於相當高的能級範圍，故能清楚地與 4fn 能階區分開 來，更便於理論與實驗中能階的辨別研究。