Spectroscopy próperties of fluoride and oxides doped with Er3+:Yb3+ and Tm3+:Ho3+

Neste trabalho foram estudadas duas composições vítreas, a saber: 30PbF2 - 15InF3 - 20GaF3 - 15ZnF2 - 20CaF2, chamada fluoroindogalato e 41,5Al2O3 - 47,4CaO - 7SiO2 - 4,1MgO, chamada LSCA ( do inglês Low Silica content Calcium Aluminate). A matriz de fluoroindogalato foi dopada com dois conjuntos de íons terras-raras: Tm3+ + Ho3+ e Er3++Yb3+, enquanto que a matriz LSCA foi dopada apenas com os íons Er3+:Yb3+. O objetivo do trabalho foi a caracterização destas matrizes como possíveis meios ativos para laser de estado sólido nas regiões de 2,0 µm (Ho3+) e 2,8µm (Er3+). Neste sentido, foram realizados os experimentos de absorção óptica, fotoluminescência e tempo de vida. A partir dos dados obtidos, foram calculados os parâmetros de intensidade de Judd-Ofelt, os microparâmetros de transferência de energia e o coeficiente de ganho óptico das transições eletrônicas 5I7→ 5I8 (Ho3+) e 4I11/2→ 4I13/2 (Er3+). A contribuição deste trabalho a espectroscopia de terras-raras em vidros está na caracterização destes íons em termos dos parâmetros de transferência de energia via os modelos de Dexter e Yokota e Tanimoto. Haja vista que tais dados não se encontram disponíveis na literatura especializada. Os resultados mostraram que ocorrem processos de transferência de energia de ordem mais alta que dipolo-dipolo nas interações Tm3+→ Tm3+ e Tm3+→ Ho3+. A transição 5I7 → 5I8 do Ho3+ apresenta coeficiente de ganho óptico positivo a partir da densidade de excitação de 1,2 kW/cm2. Os processos de transferência de energia Er3+→ Er3+ e Er3+→ Yb3+ ocorrem via mecanismo de dipolo-dipolo e a transição 4I11/2→ 4I13/2 do Er3+ não é auto-terminada na matriz de fluoroindogalato. O coeficiente de ganho óptico para esta transição é sempre positivo para qualquer densidade de excitação. . A matriz LSCA apresenta auto-terminação da transição 4I11/2→ 4I13/2 do Er3+, sendo portanto, necessária a inserção dos mecanismos de upconversion para a observação de ganho óptico nesta transição eletrônicaIn this work two vitreous compositions were studied, that are: fluoroindogalate (30PbF2 - 15InF3 - 20GaF3 - 15ZnF2 - 20CaF22) and LSCA (41,5Al2O3 - 47,4CaO - 7SiO2 - 4,1MgO) - Low Silica Content Calcium Aluminates. The fluoroindogalate host was doped with two sets of rare earth ions: Tm3+ + Ho3+ and Er3++Yb3+, whereas the LSCA host was only doped with Er3+ and Yb3+ ions. The aim of the work was the characterization of these hosts as possible active media for solid state lasers in the spectral regions of 2,0 µm (Ho3+) and 2,8µm (Er3+). In this sense, optical absorption, photoluminescence and lifetime experiments were performed. From the resulting data, Judd-Ofelt intensity parameters, energy transfer microparameters and the electronic transitions 5I7→ 5I8 (Ho3+) and 4I11/2→ 4I13/2 (Er3+) optical gain coefficients were calculated. This work\'s contribution to the rare earth spectroscopy lies in the characterization of such ions in terms of the energy transfer parameters using the Dexter, and Yokota and Tanimoto models considering that these data are not available in the specialized literature. The results have shown that higher than dipole-dipole order processes occur in the interactions Tm3+→ Tm3+ and Tm3+→ Ho3+. The Ho3+ 5I7→ 5I8 transition presents positive optical gain coefficient starting from the excitation density of 1.2 kW/cm2. The energy transfer processes Er3+→ Er3+ and Er3+→ Yb3+ occur via dipole-dipole mechanism and the Er3+ 4I11/2→ 4I13/2 transition is not auto terminated in the fluoroindogalate host. The optical gain coefficient for this transition is always positive for any excitation density. The LSCA host presents auto termination of the Er3+ 4I11/2→ 4I13/2 making it necessary the insertion of upconversion mechanisms for the observation of the optical gain in this electronic transitio