СПЕКТРАЛЬНО-ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ СВОЙСТВА ЭРБИЯ В БРОМИДНО-ФТОРИДНЫХ ФОТО-ТЕРМО-РЕФРАКТИВНЫХ СТЕКЛАХ 

Нассер Х., Асеев В.А., Игнатьев А.И., Никоноров Н.В. Спектрально-люминесцентные свойства эрбия в бромидно-фторидных фото-термо-рефрактивных стеклах // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2020. Т. 20. № 4. С. 520–524. doi: 10.17586/2226-1494-2020-20-4-520-524

Предмет исследования. Исследованы спектрально-люминесцентные характеристики ионов эрбия в бромидно- фторидных фото-термо-рефрактивных стеклах с концентрацией оксида эрбия 0,1 мол.% и иттербия 1–2 мол.%. Спектроскопические параметры, такие как сечения вынужденного излучения ионов эрбия на длине волны   1,5 мкм, эффективность переноса энергии с ионов иттербия на ионы эрбия и квантовый выход, рассчитаны на основе измеренных спектров поглощения в данных стеклах. Спектры усиления/потерь ионов эрбия в инфра- красном диапазоне рассчитаны для разных значений инверсии населенности. Методы. Бромидно-фторидные фото-термо-рефрактивные стекла синтезированы в электрической печи при температуре 1480 °С в течение 5 ч на воздухе. Для определения спектроскопических параметров интенсивности использована теория Джадда– Офельта. Спектры усиления получены с помощью теории МакКамбера. Основные результаты. Установлено, что сечение вынужденного излучения ионов эрбия на длине волны 1,5 мкм является типичным для эрбия в силикатных стеклах. Квантовый выход излучения на той же длине волны достигал 95 %, а эффективность переноса энергии составила 86 %. Коэффициент усиления имел положительное значение, когда параметр инверсии населенности был более 0,5. Практическая значимость. Бромидно-фторидные фото-термо-рефрактивные стекла, активированные ионами эрбия и иттербия, имеют сопоставимые спектрально-люминесцентные характеристики с коммерческими лазерными силикатными стеклами. Кроме того, в них возможна запись высокоэффективных брэгговских решеток. Таким образом, эти стекла могут быть перспективными для создания на их основе лазеров с распределенной обратной связью, которые имеют сверхузкие линии генерации.

1. Williams G.M. Optimization of eyesafe avalanche photodiode lidar for automobile safety and autonomous navigation systems // Optical Engineering. 2017. V. 56. N 3. P. 031224. doi: 10.1117/1.oe.56.3.031224

2. Diaz J.C.F., Carter W.E., Shrestha R.L., Glennie C.L. LiDAR Remote Sensing // Handbook of Satellite Applications. Springer International Publishing, 2017. P. 929–980. doi: 10.1007/978-3-319-23386-4_44

3. Nakamura M., Yen H.W., Yariv A., Garmire E., Somekh S., Garvin H.L. Laser oscillation in epitaxial GaAs waveguides with corrugation feedback // Applied Physics Letters. 1973. V. 23. N 5. P. 224–225. doi: 10.1063/1.1654867

4. Nikonorov N., Aseev V., Dubrovin V., Ignatiev A., Ivanov S., Sgibnev Y., Sidorov A. Photonic, plasmonic, fluidic, and luminescent devices based on new polyfunctional photo-thermo-refractive glass // Springer Series in Optical Sciences. 2018. V. 218. P. 83–113. doi: 10.1007/978-3-319-98548-0_5

5. Judd B.R. Optical absorption intensities of rare-earth ions // Physical Review. 1962. V. 127. N 3. P. 750–761. doi: 10.1103/PhysRev.127.750

6. Ofelt G.S. Intensities of crystal spectra of rare‐earth ions // Journal of Chemical Physics. 1962. V. 37. N 3. P. 511–520. doi: 10.1063/1.1701366

7. Zhang D., Chen B., Liu Z., Li S., Hu L. Spectroscopic properties of Er3+-doped Na2O-La2O3-Al2O3-SiO2 glasses // Journal of the American Ceramic Society. 2004. V. 87. N 12. P. 2228–2231. doi: 10.1111/j.1151-2916.2004.tb07496.x

8. Berneschi S., Bettinelli M., Brenci M., Calzolai R., Chiasera A., Ferrari M., Matterelli M., Montagna M., Conti G.N., Pelli S., Sebastiani S., Siligardi S., Speghini A., Righini G.C. Optical and spectroscopic properties of a new erbium-doped soda-lime-alumino-silicate glass for integrated optical amplifiers // Proceedings of SPIE. 2006. V. 6025. P. 60251M. doi: 10.1117/12.667070

9. McCumber D.E. Einstein relations connecting broadband emission and absorption spectra // Physical Review. 1964. V. 136. N 4A. P. 954–957. doi: 10.1103/PhysRev.136.A954

10. Efimov A.M., Ignatiev A.I., Nikonorov N.V., Postnikov E.S. Quantitative UV-VIS spectroscopic studies of photo-thermo-refractive glasses. I. Intrinsic, bromine-related, and impurity-related UV absorption in photo-thermo-refractive glass matrices // Journal of Non-Crystalline Solids. 2011. V. 357. N 19-20. P. 3500–3512. doi: 10.1016/j.jnoncrysol.2011.06.031

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License