Study of Yb2+/CN- defects in KCl, energy transfer and optical gain

O trabalho desta tese se concentra na caracterização óptica de cristais de KCl impurificados multiplamente com íons Yb2+ e com íons moleculares CN- e OCN-. Mostramos a existência de um acoplamento entre os íons Yb2+ e CN-, que gera novas bandas de absorção superpostas as bandas conhecidas do Yb2+ isolado. A excitação óptica dessas novas bandas dá origem a uma forte emissão de banda larga em tomo de 570 nm, e torna possível a emissão vibracional do CN- em 4,8um por meio de transferência de energia eletrônica desde os íons Yb2+ acoplados. A emissão visível de banda larga possui um tempo de decaimento fortemente dependente da temperatura,variando entre 56 e 315 us para a faixa de temperatura entre 293 e 170 K Para temperaturas inferiores a 170 K, o tempo de decaimento da f1uorescência não segue o comportamento de uma única exponencial, indicando diferentes canais de decaimento. A alta intensidade da emissão visível do defeito Yb2+/ CN- a 300K torna promissora a sua utilização em lasers do estado sólido sintonizáveis operando a temperatura ambiente. Medidas diretas de amplificação revelaram a existência de ganho óptico para essa emissão visível de banda larga resultante do acoplamento Yb2+/ CN-. Para uma densidade de potencia de bombeio de 1,35 W/cm2 no centro da banda de absorção do defeito, foi obtido um valor de ganho de 0,59 cm-1 em 570 nm. Esse valor e comparável ao ganho na Alexandrita sob condições ideais de 100% de inversão de populaçãoThe present work show the investigation of optical properties of Yb2+, CN-, OCN- multiple doped KCl. It is shown the presence of a coupling effect between Yb2+ and CN- through the observation of new absorptions bands, which are very different from free Yb2+. The optical excitation of this bands results in a strong emission band at 570 nm, and it makes possible the CN- vibration emission at 4.8um through the electronic energy transfer from coupled Yb2+. The broad visible emission band has a strong temperature dependence decay time, which varies from 56 to 315us for the 293 to 170 K interval. For temperatures below 170 K, the fluorescence decay time shift its single exponential decay behavior to a more complex process, revealing different decay channels. The high visible emission intensity from the Yb2+/ CN- defect at 300 K, suggests its application in tunable solid-state lasers. This possibility is better insured through the observation of the direct measurement of optical amplification, which reveals the existence of optical gain for this broad visible emission. For a 1.35 W/cm2 power density pump at the center of the absorption band of the coupled defect, it was obtained a gain of 0,59 cm-1 at 570 nm. This value is comparable to the gain in Alexandrite under an ideal 100% population inversio