Nowe szkła do zastosowań luminescencyjnych w zakresie bliskiej podczerwieni oraz konwersji promieniowania podczerwonego na światło widzialne

Abstract

Zsyntezowano wybrane szkła nieorganiczne domieszkowane pojedynczo jonami Er3+, podwójnie jonami Er3+ i Yb3+ oraz potrójnie jonami Er3+, Yb3+ i Tm3+. Zarejestrowano widma emisyjne w zakresie bliskiej podczerwieni oraz procesy konwersji promieniowania podczerwonego na światło widzialne. Określono szereg parametrów spektroskopowych, między innymi czas życia luminescencji oraz szerokość połówkową pasma emisyjnego. Luminescencia w zakresie bliskiej podczerwieni 1. Zastąpienie tlenku ołowiu przez halogenek ołowiu PbX2 (X = F, Cl, Br) w szkłach boranowych spowodowało wydłużenie czasów życia jonów Er3+ oraz redukcję szerokości pasma emisyjnego w kierunku Br —» Cl —*■ F. Całkowite zastąpienie PbO przez PbF2 pozwoliło dwukrotnie wydłużyć czas życia stanu 4Ii3/2 z 400 (is do 820 |is, jednocześnie powodując zawężenie pasma spektralnego 4In/2 - 4Ii5/2 od 100 nm do 52 nm. 2. Szerokość połówkowa pasma wzrasta ze wzrostem udziału metalu ciężkiego w składzie szkła w kierunku: Pb0 -Ga203-P20 s (50 nm) —► Pb0 -Ga203-Si0 2 (70.5 nm) —* Pb0 -Ga203-Ge0 2 (87.5 nm). Analiza zaniku luminescencji wykazała, że czas życia jonów Er3+ wzrasta ze wzrostem udziału tlenku metalu ciężkiego w kierunku: РЬО-Оа2Оз-В2Оз (0.52 ms)—>Pb0 -Ga203-P205 (1.85 ms)—>Pb0 -Ga203-Si0 2 (3.7 ms)^Pb0-Ga20 3-Ge02 (3.9 ms). Wybór matrycy szklistej jest zatem kompromisem między szerokością pasma spektralnego a czasem życia luminescencji aktywatora. Konwersja promieniowania podczerwonego na światło widzialne 3. Proces konwersji w górę, prowadzący do emisji światła zielonego i/lub czerwonego zaobserwowano jedynie dla szkieł na bazie metali ciężkich: Pb0 -Ga203-Si0 2 oraz Pb0 -Ga203-Ge0 2. Obserwowane pasma luminescencji przy 550 nm, 670 nm i 800 nm odpowiadają przejściom: 2Hn/2, 4S3/2 - 4Ii5/2, 4F9/2 - 4Iis/2 i \ n - 4Iis/2 jonów Er3+. Zaproponowano 2-fotonowy mechanizm konwersji w górę. 4. Badania przeprowadzone dla układów podwójnie aktywowanych jonami Er3+ i Yb3+ potwierdziły rezultaty otrzymane dla układów pojedynczo aktywowanych jonami Er3+. 5. W przeciwieństwie do szkieł pojedynczo (Er3+) i potrójnie (Er3+-Yb3+-Tm3+) aktywowanych jonami lantanowców, układ podwójnie domieszkowany jonami Er3+ i Yb3+ jest obiecujący do optycznych czujników temperatury. 6. Generacja światła białego jest możliwa w układach potrójnie domieszkowanych jonami Er3+-Yb3+-Tm3+i ściśle zależy od matrycy szklistej, stężeń aktywatorów, obecności halogenków metali ciężkich oraz mocy wzbudzenia ośrodka. Wygrzewanie szkieł wpływa niekorzystnie na ten proces. Dalsza optymalizacja układów pod kątem generacji światła białego otwiera nowy interesujący obszar badań.