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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.18.2014.tde-19122014-101549
Document
Author
Full name
Jéssica Fabiana Mariano dos Santos
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2014
Supervisor
Committee
Nunes, Luiz Antônio de Oliveira (President)
Andrade, Luis Humberto da Cunha
Bernardez, Andréa Simone Stucchi de Camargo Alvarez
Title in Portuguese
Espectroscopia óptica e refração não-linear em vidros aluminosilicato de cálcio com baixa concentração de sílica dopados com Tb3+
Keywords in Portuguese
Espectroscopia
Íon Térbio
Processos de transferência de energia
Técnica de Z-scan
Vidros LSCAS
Abstract in Portuguese
Materiais dopados com o íon trivalente Tb apresentam intensa emissão no verde (5D47Fj, j = 3, 4, 5 e 6) e fraca na região UV-azul (5D37Fj , j = 4, 5 e 6). A emissão azul pode ocorrer a partir de excitação direta no UV (emissão Stokes) ou por upconversion (emissão anti-Stokes), após a excitação em 488 nm (excitação ressonante no nível 5D4 a partir do estado fundamental). Nesta dissertação analisamos as propriedades da luminescência do Tb3+ em vidros aluminosilicato de cálcio com baixa concentração de sílica. Para excitação em 325nm, verificou-se que a intensidade da luminescência verde aumenta linearmente com a concentração, enquanto a emissão azul é fortemente reduzida com o aumento da concentração de Tb3+ de 0,5 para 15,0% (% em peso). No caso da excitação em 488 nm, observou-se uma forte saturação das emissões verdes, para intensidades duas ordens de grandeza menores que o esperado. Por meio de um sistema de equações de taxa, mostramos que esse comportamento pode ser explicado pelo mecanismo de absorção do estado excitado (AEE) e, por uma seção de choque de absorção (5D45D3) aproximadamente duas ordens de magnitude maior do que a do estado fundamental (7F65D4). Nossos resultados sugerem que a relaxação cruzada envolvendo os níveis 5D4 e 5D3 não é o único mecanismo responsável pela depopulação do nível 5D3 , como tipicamente descrito na literatura. Processos de upconversion por luminescência cooperativa entre íons excitados (5D3: 5D3 ou 5D3: 5D4) e outros mecanismos que envolvem transferência de energia para níveis excitados superiores (4f5d, banda de transferência de carga, matriz hospedeira, defeitos, etc) podem desempenhar um papel significativo neste sistema. Medidas de Z-scan resolvidas no tempo com excitação em 488 nm foram realizadas e não-linearidades de altas ordens foram observadas (n2, n4, etc.). A partir do n2, valores de Δαp e Δσ da ordem de 10-25 cm3 e 10-20cm2 foram calculados, respectivamente. Este valor de Δαp é o mais alto já reportado em materiais dopados com TR, provavelmente devido à baixa energia dos níveis 4f5d para o íon Tb3+.
Title in English
Optical spectroscopy and nonlinear refractive in Tb3+ -doped low silica calcium aluminosilicate glasses
Keywords in English
Energy transfer processes
LSCAS glasses
Spectroscopy
Terbium ions
Z-scan technique
Abstract in English
Trivalent Tb-doped materials exhibit strong emission in the green (5D47Fj, j = 3, 4, 5 e 6) and weak in the UV-blue (5D37Fj , j = 4,5 e 6). The blue emission can occur from direct UV excitation (Stokes emission) or by upconversion (anti-Stokes emission) through 488 nm excitation (resonant pump of 5D4 metastable level from the ground state). In this dissertation the luminescence properties of Tb3+ doped low silica calcium aluminosilicate glasses are reported and analyzed. The intensity of green luminescence increases proportionally to the concentration while the blue luminescence is strongly reduced with the increase of Tb3+ concentration from 0.5 up to 15.0 wt%. In the case of 488 nm excitation, a saturation behavior of the green emission is observed at intensities two orders of magnitude smaller than expected for bleaching of the ground state population. Using a rate equation model, we show that this behavior can be explained by an excited state absorption (ESA) from 5D4 to upper levels, with an absorption cross section two orders of magnitude larger than the ground state absorption. The effect of ESA could also be observed by the shortening of the green emission risetime with the increase of pump intensity. We infer that the CR is not the only loss mechanism responsible for the 5D3 depopulation. Cooperative upconversion from a pair of excited ions (5D3:5D3 or 5D3:5D4) and other mechanisms involving upper lying states (4f5d, charge transfer, host matrix, defects, etc.) may play a significant role. Time-resolved Z-scan measurements were also performed at 488 nm high order nonlinearities were observed (n2, n4, etc.). From n2, Δαp and Δσ of the order of 10-25 cm3 and 10-20cm2, respectively, were obtained. This Δαp value is the highest ever reported for a RE doped material, it seems to be due to the low energy value of the 4f5d state in Tb3+.
 
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SantosJessicaFM.pdf (3.46 Mbytes)
Publishing Date
2015-01-28
 
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