wiat owód domieszkowany jonami Yb 3+ i Tm 3+

MATERIA Y CERAMICZE /CERAMIC MATERIALS/, 62, 2, (2010), 176-181 www.ptcer.pl/mccm wiat owód domieszkowany jonami Yb 3+ i Tm 3+ DOMIIK DOROSZ, JACEK MOJDA, MARCI KOCHAOWICZ, JA DOROSZ Politechnika Bia ostocka, Katedra Promieniowania Optycznego, ul. Wiejska 45D, 15-351 Bia ystok e-mail: d.dorosz@pb.edu.pl Streszczenie W artykule przedstawiono wyniki bada nad dwup aszczowym wiat owodem domieszkowanym jonami Yb 3+ i Tm 3+. W wyniku pobudzania wytworzonego szk a, domieszkowanego jonami Yb 3+ /Tm 3+, diod laserow o d ugo ci fali λ p = 976 nm uzyskano silne antystokesowskie pasmo luminescencji przy d ugo ci fali 477 nm odpowiadaj ce przej ciu 1 G 4 3 H 6 w strukturze energetycznej tulu. Ponao przeprowadzono analiz wp ywu koncentracji akceptora (Tm 3+ ) przy sta ej zawarto ci donora (Yb 3+ ) na intensywno ci luminescencji. Dwup aszczowy wiat owód o rdzeniu ze szk a tellurowego domieszkowanego uk adem jonów Yb 3+ i Tm 3+ wytworzono metod tyglow. W wyniku pobudzania optycznego promieniowaniem o d ugo ci fali λ p = 976 nm badanego wiat owodu zaobserwowano dodatkow lini emisji przy d ugo ci fali 351 nm odpowiadaj c przej ciu 1 D 2 3 H 6. W oparciu o model matematyczny kinetyki g sto ci obsadze na poziomach metastabilnych jonu Tm 3+ opisano powsta y mechanizm konwersji wzbudzenia. S owa kluczowe: szk o domieszkowane Yb 3+ i Tm 3+, upkonwersja, transfer energii, luminescencja, wiat owód double-clad OPTICAL FIBRE DOPED WITH Yb 3+ AD Tm 3+ IOS Yb 3+ /Tm 3+ -doped tellurite-germanium glasses were fabricated and characterized. Strong blue emission at 477 nm corresponding to the 1 G 4 3 H 6 transition in thulium ions was investigated under the excitation with a 976 nm diode laser. The dependence of up-conversion emission intensity upon thulium ions concentration was analyzed. The most effective energy transfer Yb 3+ Tm 3+ occurs in the matrix when the molar ratio of Yb 3+ to Tm 3+ is 1:0.1. A crucible method was used to fabricate double-clad bre with the active tellurite-germanium core. As a result of the excitation of bre with the 976 nm diode laser, the ultraviolet emission at 351 nm ( 1 D 2 3 H 6 ) was measured. Based on the three- and four-photon absorption processes, the up-conversion mechanisms were evaluated by the proper rate of model equation. Keywords: Yb 3+ /Tm 3+ doped glass, Upconversion, Energy transfer, Luminescence, Double-clad bre 1. Wst p Potrzeby wspó czesnej optoelektroniki w zakresie techniki wiat owodowej wymuszaj potrzeb wytwarzania w ókien optycznych zdolnych do propagacji promieniowania elektromagnetycznego w szerokim zakresie widmowym. Wybór szk a rdzenia oraz optymalizacja jego w a ciwo ci chemicznych, elektrooptycznych i magnetooptycznych okre laj spektrum zastosowa wiat owodu [1]. Jedno z nich stanowi lasery z upkonwersj, budowane na bazie szkie tellurowych, których niska energia wi za ( 750 cm -1 ) wp ywa na redukcj efektu relaksacji multifononowej, umo liwiaj c uzyskiwanie wysokiej emisji promienistej [2,3]. Lasery cia a sta ego o niebieskiej d ugo ci fali emisji stosowane s dzi powszechnie w uk adach zapisu/odczytu danych w jako ci HD (High De nition), wy wietlaczach kolorowych czy diagnostyce medycznej. Uzyskanie efektywnej, niebieskiej upkonwersji w matrycach szklanych stosowanych na rdzenie laserów w óknowych jest mo liwe dzi ki zastosowaniu domieszki pierwiastka ziemi rzadkiej w postaci tulu [4]. Zwi kszenie intensywno ci pasma luminescencji na skutek przej w strukturze poziomów energetycznych tulu jest mo liwe poprzez wprowadzenie sensybilizatora w postaci jonów Yb 3+ [5]. W artykule przedstawiono wytworzony wiat owód o rdze- niu ze szk a tellurowego domieszkowanego jonami Yb 3+ /Tm 3+. W wyniku jego pobudzania diod laserow o d ugo ci fali λ p = 976 nm zaobserwowano luminescencj na d ugo ci fali 477 nm ( 1 G 4 3 H 6 ) i 351 nm ( 1 D 2 3 H 6 ) powsta na drodze upkonwersji w strukturze energetycznej jonów Tm 3+. Uzyskanie pasm emisyjnych we w óknie optycznym by o mo liwe dzi ki uprzedniemu okre leniu warunków transferu energii pomi dzy poziomami energetycznymi domieszek aktywnych oraz przeprowadzonej analizie g sto ci populacji na ich poziomach metastabilnych. Okre lone parametry luminescencyjne sugeruj mo liwo zastosowania wytworzonych szkie w laserach w óknowych generuj cych promieniowanie w zakresie widzialnym. 2. Metodyka bada Szk a z uk adu TeO 2 GeO 2 PbO PbF 2 BaO b 2 O 5 LaF 3 domieszkowane jonami Yb 3+ /Tm 3+ (TGPF051) topiono w tyglu platynowym w piecu elektrycznym w temperaturze 900 C przez 30 min w atmosferze argonu. Stopion mas szklan wylewano do formy, a nast pnie poddawano procesowi odpr ania. Otrzymano jednorodne i transparentne szk a bez widocznego efektu krystalizacji. W celu okre lenia w a ciwo ci spektralnych przygotowano serie próbek o wy- 176

WIAT OWÓD DOMIESZKOWAY JOAMI Yb 3+ I Tm 3+ miarach 8x8x3 mm. Pomiar transmisji widmowej w zakresie od 0,5 do 1,7 m wykonano za pomoc monochromatora Acton Spectra Pro 2300i z detektorem InGaAs, a w zakresie 2,5 do 50 m spektrofotometrem SPECORD M80. Wspó czynnik za amania wiat a dla d ugo ci fali 633 nm okre lono za pomoc refraktometru rmy Metricon 2010. Temperatury charakterystyczne badanych szkie wyznaczono na podstawie pomiaru DSC analizatorem termicznym r- my SETARAM Labsys. Widmo luminescencji w zakresie od 400 do 700 nm zmierzono na stanowisku wyposa onym w spektrometr Hamamatsu TM-C10082CAH oraz diod laserow (λ p = 976 nm) z wyj ciem wiat owodowym o maksymalnej mocy optycznej P = 30 W. Dwup aszczowy wiat owód o rdzeniu ze szk a tellurowego domieszkowanego jonami Yb 3+ i Tm 3+ wytworzono metod tyglow. 3. Wyniki pomiarów W Tabeli 1 zaprezentowano parametry szkie tlenkowo- uorkowych na bazie telluru domieszkowanych jonami Yb 3+ i Tm 3+. Badane szk a z racji przewa aj cego st enia jonów Te 4+ posiadaj w a ciwo ci optyczne zbli one do znanych szkie tellurowych. Tabela 1. Optyczne i termiczne w a ciwo ci wytworzonych szkie. Table 1. Optical and thermal properties of fabricated glasses. Parametr Warto Wspó czynnik za amania wiat a n (633 nm) 2,074 G sto [g/cm 3 ] 6,21 Zakres transmisji [mm] 0,3 5,5 Wspó czynnik rozszerzalno ci termicznej [10-7 1/K] 400 α 100 108,9 Punkt mi kni cia T s [ C] 364 Temperatura transformacji T g [ C] (DSC) 345 Rys. 1. Widmo wspó czynnika absorpcji szk a TGPF051. Fig. 1. Absorption coef cient of TGPF051 glass. W praktyce ze wzgl du na szeroko pasma wzbudzenia oraz wysok sprawno kwantow (~90%), jony Yb 3+ stosowane s jako sensybilizatory w uk adach upkonwersji [3, 5]. 3.2. Analiza w a ciwo ci luminescencyjnych W wyniku pobudzania szkie promieniowaniem o d ugo- ci fali 976 nm uzyskano dwie antystokesowskie linie luminescencji, pierwsz przy 477 nm odpowiadaj c przej ciu kwantowemu 1 G 4 3 H 6 oraz drug przy 651 nm odpowiadaj c przej ciu 1 G 4 3 F 4 (Rys. 2). Zale no intensywno- ci emisji upkonwersji I UP od intensywno ci pompy I IR okre- la warunek: n I UP I IR gdzie przez n okre la si ilo fotonów zaabsorbowanych w podczerwieni do ilo ci fotonów wyemitowanych w zakresie widzialnym. Wzrost intensywno ci promieniowania pompy zwi ksza liczb zaabsorbowanych fotonów do poziomu laserowego Yb 3+ i zgodnie z warunkiem (1) ro nie intensywno emisji w zakresie widzialnym [3]. Transmisja wiat a w zakresie widzialnym i bliskiej podczerwieni jest na poziomie 90%, co ma istotny wp yw na sprawno pompowania i transfer energii pomi dzy domieszkami aktywnymi. Ponao podstawowym atutem badanych szkie jest ich wysoka stabilno termiczna okre lona na podstawie pomiaru DSC. Brak egzotermicznego piku wskazuj cego obecno krystalizacji w szkle potwierdzono do wiadczalnie nie stwierdzaj c strat transmisyjnych w wyniku kilkukrotnego przetopienia szk a. 3.1. Wspó czynnik absorpcji spektralnej a podstawie transmisji widmowej wyznaczono widmo wspó czynnika absorpcji otrzymanego szk a domieszkowanego jonami Yb 3+ i Tm 3+ (Rys. 1). Zaobserwowano pasma absorpcji pochodz ce ze z o onej struktury tulu odpowiadaj ce przej ciom 3 H 6 3 F 4, 3 H 5, 3 H 4, 3 F 2 + 3 F 3 oraz pasmo charakterystyczne dla jonu iterbu ( 2 F 7/2 2 F 5/2 ). Przej cia ze stanu podstawowego do wy ej po o onych poziomów energetycznych opisano za pomoc notacji Paschena [4]. Du a zawarto iterbu w matrycy wprowadza siln absorpcj promieniowania przy d ugo ci fali 978 nm, umo liwiaj c tym samym efektywne pobudzanie uk adu Yb 3+ /Tm 3+. Rys. 2. Widma luminescencji szkie dla czterech ró nych stosunków jonów Yb 3+ do Tm 3+. Fig. 2. Comparison of luminescence spectra for different Yb 3+ /Tm 3+ ratios. Aby zwi kszy liczb jonów bior cych udzia w procesie upkonwersji, zachowano sta moc pobudzania przy zmieniaj cej si koncentracji jonów Tm 3+. MATERIA Y CERAMICZE /CERAMIC MATERIALS/, 62, 2, (2010) 177

D. DOROSZ, J. MOJDA, M. KOCHAOWICZ, J. DOROSZ Tabela 2. Ca kowita koncentracja jonów domieszki oraz rednia odleg o atomowa R. Table 2. Total concentration of dopants,, and average intraionic distance, R. do widma luminescencji szk a, w wiat owodzie zaobserwowano dodatkow lini emisji przy d ugo ci fali 351 nm odpowiadaj c przej ciu 1 D 2 3 H 6. Szk o Yb 2 O 3 [% mol.] Tm 2 O 3 [% mol.] [10 20 jonów/cm 3 ] R [Å] TGPF051 1 0.2 5.16 7.73 TGPF101 1 0.1 4.74 7.95 TGPF201 1 0.05 4.52 8.08 TGPF401 1 0.025 4.42 8.14 Prawdopodobie stwo bezpromienistego transferu energii (W DA ) okre la wzór [13]: CDA WDA( R) = (2) 6 R gdzie C DA wspó czynnik transferu energii mi dzy donorem a akceptorem, R = (3/4π) 1/3 okre la redni odleg o mi dzy centrami aktywnymi jonów iterbu i tulu, ca kowita koncentracja jonów Yb 3+ i Tm 3+ w danej matrycy (Tabela 2). Im wi ksza liczba jonów tulu, tym mniejsza odleg o mi dzy centrami aktywnymi domieszek, wi c prawdopodobie stwo transferu energii Yb 3+ Tm 3+, ro nie. ale y jednak zaznaczy, i w miar zwi kszania zawarto ci jonów tulu najefektywniejszy transfer energii otrzymano w szkle domieszkowanym w stosunku 1,0% mol. Yb 2 O 3 : 0,1% mol. Tm 2 O 3. W pozosta ych przypadkach intensywno upkonwersji jest ni sza. Dla ma ych koncentracji jonu Tm 3+ rednia odleg o atomowa R jest na tyle du a, e transfer energii odbywa si przy udziale mniejszej ilo ci centrów aktywnych. atomiast zwi kszanie st enia jonów tulu powy ej 0,1% mol. sugeruje powstanie zjawiska wstecznego transferu energii z Tm 3+ Yb 3+, które prowadzi do gwa townego gaszenia linii luminescencji przy d ugo ci fali 477 nm [10]. Rys. 3. Przekrój poprzeczny wiat owodu. Fig. 3. Cross-section of the optical bre. Efekt ten wyst puje zazwyczaj w szk ach uorkowych [12] i w przypadku badanego w ókna jest rezultatem zastosowania zwi zków uorku w postaci PbF 2 i LaF 3. Dodatkowo, ze wzgl du na du apertur numeryczn zosta y uzyskane du e g sto ci mocy promieniowania pompy we w óknie, co prowadzi do zjawiska sumowania si fononów na drodze transferu energii w strukturze energetycznej jonu Tm 3+ [6]. 3.3. Luminescencja wiat owodu W wyniku analizy w a ciwo ci termicznych i optycznych szkie tellurowych wytworzono wiat owód typu double-clad. a rdze u yto szk o charakteryzuj ce si najwi ksz intensywno ci emisji przej cia 1 G 4 3 H 6 (TGPF101). a Rys. 3 przedstawiono przekrój poprzeczny wiat owodu o rdzeniu ze szk a tellurowego domieszkowanego uk adem jonów Yb 3+ /Tm 3+. Du a warto apertury numerycznej A 1 (λ = 633 nm) umo liwia proste sprz enie pompy z w óknem oraz efektywne pobudzanie rdzenia aktywnego. Tabela 3. Parametry wiat owodu. Table 3. Parameters of the opical bre. Parametr Warto A r 1 A p 0,32 rednica rdzenia d r [μm] 40 rednica w ókna D [μm] 450 a Rys. 4 przedstawiono widmo luminescencji uzyskane w wyniku pobudzania wiat owodu promieniowaniem pompy o d ugo ci fali 976 nm i mocy P opt = 2 W. W porównaniu Rys. 4. Widmo luminescencji wiat owodu o rdzeniu ze szk a tellurowego domieszkowanego uk adem tlenków 1% mol. Yb 2 O 3 i 0,1% mol.tm 2 O 3. Fig. 4. Luminescence spectra of the optical bre doped with 1 mol% Yb 2 O 3 and 0.1 mol% Tm 2 O 3. 3.4. Mechanizm upkonwersji Mechanizm upkonwersji powsta y w uk adzie jonów Yb 3+ / Tm 3+ pobudzany promieniowaniem o d ugo ci fali 976 nm zwi zany jest ze zjawiskami kwantowymi zachodz cymi mi dzy centrami aktywnymi domieszek [7]. Ze wzgl du na niedopasowanie poziomów energetycznych jonów Tm 3+ i Yb 3+ oddzia ywanie mi dzydipolowe ma charakter nierezonansowy i transfer energii zachodzi bezpromieni cie z udzia em fononów [11]. Schematycznie uproszczony proces konwersji wzbudzenia przedstawia Rys. 5, na którym liniami przerywanymi zaznaczono przej cia kwantu energii od kolejnych trzech fotonów ulegaj cych relaksacji z poziomu wzbudzonego jonu Yb 3+. Obsadzenie poziomu 1 G 4 przy pobudzaniu promieniowaniem pompy o d ugo ci fali 976 nm zachodzi w nast puj cych krokach [7, 8]: I. Jon Yb 3+ przechodz c ze stanu wzbudzonego przekazuje 178 MATERIA Y CERAMICZE /CERAMIC MATERIALS/, 62, 2, (2010)

WIAT OWÓD DOMIESZKOWAY JOAMI Yb 3+ I Tm 3+ cz energii jonom Tm 3+ prowadz c do obsadzenia poziomu 3 H 5. Krótki czas ycia oraz niewielka ró nica energii prowadzi do szybkiej relaksacji bezpromienistej na poziom 3 F 4. Yb( 2 F 5/2 ) + Tm( 3 H 6 ) Yb( 2 F 7/2 ) + Tm( 3 H 5 ) Yb( 2 F 7/2 ) + Tm( 3 F 4 ) (3) II. W tym czasie kolejny jon Yb 3+ oddaj c bezpromieni cie kwant energii powoduje wzbudzenie jonu Tm 3+ do poziomu 3 F 2. Podobnie jak w przypadku (3) w wyniku szybkiej relaksacji multifononowej (MPR) nast puje obsadzenie ni szego poziomu wzbudzonego 3 H 4. Yb( 2 F 5/2 ) + Tm( 3 F 4 ) Yb( 2 F 7/2 ) + Tm( 3 F 2 ) Yb( 2 F 7/2 ) + Tm( 3 H 4 ) (4) III. W analogiczny sposób zachodzi absorpcja ze stanu wzbudzonego 3 H 4 w wyniku transferu energii od trzeciego z kolei jonu Yb 3+, prowadz c do obsadzenia poziomu 1 G 4. Yb( 2 F 5/2 ) + Tm( 3 H 4 ) Yb( 2 F 7/2 ) + Tm( 1 G 4 ) (5) W rezultacie trójfotonowego procesu konwersji wzbudzenia otrzymuje si siln emisj przy d ugo ci fali równej 477 nm ( 1 G 4 3 H 6 ). Równolegle pojawia si s absza linia luminescencji przy d ugo ci fali 651 nm, odpowiadaj ca przej ciu 1 G 4 3 F 4. W oparciu o opis matematyczny transferu energii w uk adzie Yb 3+ /Tm 3+, przedstawiony w pracy [15], przeprowadzono numeryczn analiz g sto ci obsadze poziomów metastabilnych. Do oblicze wybrano szk o charakteryzuj ce si najwi kszym poziomem luminescencji (TGPF101), pomijaj c wp yw transferu energii Tm 3+ Yb 3+ [10]. Dodatkowo ze wzgl du na szybk relaksacj multifononow (~10 7 s -1 ), prowadz c do silnego obsadzenia poziomów metastabilnych 3 F 4 i 3 H 4, przyj to zerow populacj poziomów 3 H 5 oraz 3 F 2 ( 3 F 3 ) [11]. Wykorzystano nast puj ce zale no ci: dyb1 = R01Yb0 CDA2Yb1Tm 0 Yb1 CDA4Yb1Tm1 CDA6Yb1Tm3 (7) τ d Tm1 = C C + DA2 Yb1 Tm0 DA4 Yb1 Tm1 ( A A ) ( A A ) d Yb1 Tm1 32 + 31 Tm3 + 62 + 61 Tm3 (8) τtm1 Tm3 = C C DA4 Yb1 Tm1 DA6 Yb1 Tm3 Tm3 + ( A65 + A64 + A63 ) Tm6 (9) τtm3 d = C (10) Tm6 Tm6 DA6 Yb1 Tm3 τtm6 gdzie: R 01 szybko pompowania jonów Yb 3+, Yb0, Tm0 g sto populacji na poziomie podstawowym iterbu i tulu. Czasy ycia górnych poziomów laserowych domieszek τ Yb i τ Tm oraz prawdopodobie stwa przej promienistych akceptora A j przyj to na podstawie prac [11, 14], zak adaj c brak oddzia ywania mi dzy centrami aktywnymi domieszek. Wspó czynniki transferu energii CDAi = WDAR 6 pomi dzy wzbudzonym jonem donora a i-tym poziomem jonu akceptora okre lono na podstawie modelu Dextera i Miyakawe [16]: WDA = 2π H 2 DA S (11) DA η Rys. 5. Uproszczony schemat poziomów energetycznych uk adu Yb 3+ /Tm 3+ oraz mechanizm transferu energii. Fig. 5. Simpli ed diagram of energy levels of Yb 3+ and Tm 3+, showing the energy transfer mechanism. IV. Emisja w nad olecie, zaobserwowana w widmie luminescencji wiat owodu, powstaje w skutek relaksacji krzy- owej mi dzy jonami tulu znajduj cymi si w stanie wzbudzonym [7]. Tm( 3 F 2 ) + Tm( 3 H 4 ) Tm( 3 H 6 ) + Tm( 1 D 2 ) (6) W wyniku oddzia ywania jon Tm 3+ przechodz c z poziomu 3 F 2 na 3 H 6 oddaje cz energii jonom znajduj cym si na poziomie 3 H 4 powoduj c absorpcj i obsadzenie poziomu 1 D 2. Linia luminescencji o d ugo ci fali 351 nm powstaje na skutek przej cia 1 D 2 3 H 6. 3.5. Kinetyka g sto ci obsadze na poziomach metastabilnych gdzie: H DA okre la hamiltonian oddzia ywania, S DA przestrzenne pokrywanie si przekrojów czynnych na absorpcj akceptora i na emisj donora. Szybko pompowania okre- lono zgodnie z zale no ci R 01 = Pσ abs /Ahν, gdzie P to moc optyczna pompy, A przekrój wi zki promieniowania pompuj cego, σ abs przekrój czynny na absorpcj dla d ugo ci fali pompy, hν energia fotonu pompy. Do rozwi zania uk adu równa ró niczkowych (7 10) wykorzystano metod Runge-Kutty, przyjmuj c zerowe obsadzenie poziomów energetycznych w chwili t = 0. Parametry u yte w przedstawionym modelu kinetyki g sto ci obsadze na poziomach metastabilnych zestawiono w Tabeli 4. a Rys. 6 przedstawiono wyniki analizy kinetyki g sto- ci obsadze na poziomach 3 H 4, 3 F 4 i 1 G 4 jonu Tm 3+ oraz 2 F 5/2 jonu Yb 3+. Zwi kszenie mocy pompy powoduje równoczesny wzrost ilo ci jonów iterbu bior cych udzia w procesie transferu energii. W przypadku wprowadzenia promieniowania o mocy P pomp = 1 W, wszystkie jony iterbu zostaj wzbudzone do poziomu 2 F 5/2, z którego w wyniku przej- cia 2 F 5/2 2 F 7/2 nast puje bezpromienisty transfer energii do tulu, powoduj c wzrost g sto ci obsadzenia jego wy szych stanów energetycznych (Rys. 6b). MATERIA Y CERAMICZE /CERAMIC MATERIALS/, 62, 2, (2010) 179

D. DOROSZ, J. MOJDA, M. KOCHAOWICZ, J. DOROSZ abela 4. Zestawienie parametrów przyj tych do analizy kinetyki g sto ci populacji. Table 4. Parameters used in the numerical analysis of population densities. Parametr Warto Parametr Warto Parametr Warto P 200 mw / 1000 mw σ abs 1,45 10-20 cm 2 A 0,1 mm 2 ν 3,06 10 14 s -1 h 6,63 10-34 J/s Tm 4,36 10 19 jon/cm 3 Yb 4,31 10 20 jon/cm 3 A 31 198 s -1 A 31 66 s -1 A 61 274 s -1 A 62 1038 s -1 A 63 410 s -1 A 64 93 s -1 A 65 39 s -1 τ Tm1 705 s τ Tm3 223 s τ Tm6 386 s τ Yb1 989 s C DA2 1,41 10-17 C DA4 1,27 10-17 C DA6 1,67 10-17 Analizuj c wyniki zaprezentowanego modelu nale y zauwa y, e wzrost mocy pompy zwi ksza zarówno g sto, jak i szybko obsadze w strukturze energetycznej Tm 3+, co powoduje wzrost intensywno ci emisji z poziomu 1 G 4 3 H 6 (λ = 477 nm). a) b) Rys. 6. G sto populacji w funkcji czasu przy mocy pompy wynosz cej: a) 200 mw i b) 1000 mw. Fig. 6. Population density as a function of time for pump power of: a) 200 mw and b) 1000 mw. 4. Wnioski Wytworzone szk o tellurowe domieszkowane jonami Yb 3+ i Tm 3+ charakteryzuje si nisk energi drga sieci, a wprowadzenie zwi zków uorku w postaci PbF 2 i LaF 3 umo liwi o zastosowanie du ej koncentracji jonów ziem rzadkich (1,2% mol.). Pobudzaj c wytworzone szk a diod laserow o d ugo ci fali 976 nm zaobserwowano siln niebiesk emisj odpowiadaj c przej ciu ( 1 G 4 3 H 6 ) w strukturze energetycznej jonów Tm 3+. Analizuj c wp yw zawarto ci Tm 3+ na poziom luminescencji uzyskanej na drodze mechanizmu upkonwersji okre lono, i najefektywniejszy transfer energii pomi dzy jonami Yb 3+ i Tm 3+ zachodzi w matrycy domieszkowanej w stosunku molowym Yb 3+ :Tm 3+ wynosz cym 1:0,1. W oparciu o nierezonansowy proces transferu energii mi dzy jonami Yb 3+ i Tm 3+ omówiono mechanizm upkonwersji. Wykorzystuj c model Dextera-Miyakawe wyznaczono wspó czynniki transferu energii C DA. Zaproponowano opis mechanizmu upkonwersji w oparciu o model matematyczny kinetyki g sto ci obsadze na poziomach metastabilnych jonu Tm 3+. a tej podstawie stwierdzono, e dla warto ci pompy P pomp = 1 W wszystkie jony iterbu zostaj wzbudzone na poziom 2 F 5/2, z którego w wyniku przej cia 2 F 5/2 2 F 7/2 nast puje bezpromienisty transfer energii do tulu, powoduj cy wzrost g sto ci obsadzenia jego wy szych stanów energetycznych. W rezultacie analizy w a ciwo ci termicznych i optycznych szkie tellurowych, wytworzono metod tyglow wiat owód typu double-clad. Jako materia na rdze u yto szk a charakteryzuj cego si najwi ksz intensywno ci emisji przy d ugo ci fali λ = 477 nm (TGPF101). W wyniku pobudzania wytworzonego wiat owodu promieniowaniem o d ugo ci fali λ p = 976 nm zaobserwowano dodatkow, nie obserwowan w szkle lini emisji przy d ugo ci fali 351 nm, odpowiadaj c przej ciu 1 D 2 3 H 6. Podzi kowanie Praca zosta a wykonana w ramach pracy Politechniki Bia- ostockiej W/WE/13/2006 i projektu rozwojowego MiSzW r R08 022 02. Literatura [1] Richards B., Shen S., Jha A., Tsang Y., Binks D.: Infrared emission and energy transfer in Tm 3 +, Tm 3+ -Ho 3+ and 180 MATERIA Y CERAMICZE /CERAMIC MATERIALS/, 62, 2, (2010)

WIAT OWÓD DOMIESZKOWAY JOAMI Yb 3+ I Tm 3+ Tm 3+ -Yb 3+ -doped tellurite bre, Optics Express, 15, 11, (2007), 6546-6551. [2] Wang J.S., Vogel E.M., Snitzer E.: Tellurite glass: a new candidate for ber devices, Opt. Mater., 3, (1994), 187-203. [3] Feng L., Tang Q., Liang L., Wang J., Liang H., Su Q.: Optical transitions and up-conversion emission of Tm 3+ -singly doped and Tm 3+ /Yb 3+ -codoped oxy uoride glasses, J. Alloys Comp., 436, 1-2, (2007), 272-277. [4] Digonet M.: Rare-Earth-Doped Fiber Lasers and Ampli ers, CRC Press Publishers, England, Ch. 3 (2001). [5] Malinowski M.: Lasery wiat owodowe, O cyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, (2003). [6] Scheps R.: Upconversion laser processes, Progress in Quantum Electronics, 20, 4, (1996), 271-358. [7] Qin G., Qin W., Wu Ch., Huang S., Zhao D., Zhang J., Lu S.: Intense ultraviolet upconversion luminescence from Yb 3+ and Tm 3+ codoped amorphous uoride particles synthesized by pulsed laser ablation, Optics Comm., 242, 4-6, (2004), 215-219. [8] Lin H., Liu K., Lin L., Hou Y., Yang D., Ma T., Yun Bun Pun E., An Q, Yu J., Tanabe S.: Optical parameters and upconversion uorescence in Tm 3+ /Yb 3+ -doped alkali-barium-bismuthtellurite glasses, Spectrochimica Acta, Part A, 65, 3-4, (2006), 702-707. [9] You W., Huang Y., Chen Y., Lin Y., Luo Z.: The Yb 3+ to Er 3+ energy transfer in YAl 3 (BO 3 ) 4 crystal, Optics Comm., 281, 19, (2008), 4936-4939. [10] Wang G., Dai S., Zhang J., Yang J., Jiang Z.: Upconversion emissions in Yb 3+ -Tm 3+ -doped tellurite glasses excited at 976 nm, J. Mater. Sci., 42, 3, (2007), 729-746. [11] ie Q., Li X., Dai S., Xu T., Jin Z., Zhang X.: Energy transfer and upconversion luminescence in Tm 3+ /Yb 3+ codoped lanthanum-zinc-tellurite glasses, J. Luminesc., 128, 1, (2008), 135-141. [12] Rakov., Maciel G., Sundheimer M., Menezes L., Gomes A., Messaddeq Y., Cassanjes F., Poirier G., Ribeiro S.: Blue upconversion enhancement by a factor of 200 in Tm 3+ -doped tellurite glass by codoping with d 3+ ions, J App. Phys. Comm., 92, (2002), 6337-6339. [13] Rodriguez-Mendoza U.R., Rodriguez V.D., Martin L.R., Latin V., Mendez-Ramos J., unez P.: Cr 3+ -Tm 3+ energy transfer in alkali silicate glasses, J. Alloys Comp., 323 324, (2001), 759 762. [14] Walsh B.M., Barnes.P., Reichle D.J., Jiang S.: Optical properties of Tm ions in alkali germinate glass, J. on- Crystal. Sol., 352, (2006), 5344 5352. [15] Peng B., Izumitani T.: Blue, green, and 0.8 μm Tm 3+, Ho 3+ doped upconversion laser glasses, sensitized by Yb 3+, Opti. Mater., 4, (1995), 701-711. [16] Terra I.A.A., de Camargo A.S.S., Terrile M.C., unes L.A.O., Spectroscopic investigations of OH - in uence on nearinfrared uorescence quenching of Yb 3+ /Tm 3+ co-doped sodium-metaphosphate glasses, J. Luminesc., 128, 5-6, (2008), 891 893. MATERIA Y CERAMICZE /CERAMIC MATERIALS/, 62, 2, (2010) 181