ЛЮМІНЕСЦЕНТНІ ВЛАСТИВОСТІ РІДКІСНОЗЕМЕЛЬНИХ МЕТАЛІВ У СКЛЯНИХ СЕРЕДОВИЩАХ
DOI:
https://doi.org/10.32782/pet-2022-1-14Ключові слова:
люмінесценція, механізм випромінювання, рідкісноземельні метали, релаксація іонів, халькогенідна матрицяАнотація
У статті проаналізовано особливості випромінювання рідкісноземельних металів (РЗМ) під впливом збуджуючих чинників. Застосовано теорію випромінювальної та безвипромінювальної релаксації в 4f-оболонці іонів РЗМ для встановлення механізму випромінювання Розглянуто основні процеси, які відбуваються в люмінесцентних центрах. Досліджено та систематизовано чинники, що впливають на люмінесцентні властивості деяких халькогенідних матриць, які леговані іонами РЗМ. Проаналізовано природу фотонів випромінювання, яке залежить від вихідного і кінцевого стану та від механізму збудження. З’ясовано, що для одержання інтенсивного випромінювання в заданому спектральному діапазоні необхідно встановити енергетичне положення основного та збуджених станів активуючих домішок, а також механізм випромінювальної релаксації, внаслідок чого відбувається перехід системи в метастабільний або основний стан. Експериментальні дані з літературних джерел свідчать про значний вплив дефектів, домішок, неоднорідностей та локального оточення біля рідкісноземельних іонів у склоутворюючій матриці на процеси випромінювання світла в скляних середовищах. Встановлено, що більший час релаксації є результатом зменшення ймовірності безвипромінювальної релаксації внаслідок великої енергетичної відстані між збудженими станами і низької енергії фононів склоутворюючої матриці. Зменшення часу релаксації може відбуватись також внаслідок енергетичного трансферу між іонами РЗМ. Аналіз проведених досліджень свідчить, що для встановлення механізму фотолюмінесценції (ФЛ) в різних матрицях та для підвищення її ефективності необхідно поєднати моделі випромінювання іонів РЗМ із експериментальними результатами. Інтерпретація експериментальних даних щодо спектрів фотолюмінесценції та оптичного поглинання проведена на основі детального вивчення механізмів випромінюючих переходів у різних халькогенідних матрицях.
Посилання
Halyan V.V., Kevshin A.H., Davydyuk G.Ye., Shevchuk N.V. Mechanism of anti-stokes photoluminescence in Ag0.05Ga0.05Ge0.95S2–Er2S3 glassy alloys. Glass Phys. Chem. 2013. Vol. 39. P. 52–56.
Halyan V.V., Ivashchenko I.A., Kevshyn A.H., Olekseyuk I.D., Tishchenko P.V., Tretyak A.P. Growth of the (Ga69.5La29.5Er)2S300 Single Crystal and Mechanism of Stokes Emission / J. Nano- Electron. Phys. 2019. Vol. 11. P. 01008-1–01008-4.
Асабина Е.А. Дефекты в твердых телах и их влияние на свойства функциональных материалов. Нижний-Новгород : НГУ, 2012. C. 65.
Lupan E. Emission spectra of Ge25Ga1.7As8.3S65 glass doped with Sm3+ and Nd3+. J Non-Oxide Glass. 2009. V. 1, No. 3. P. 183–189.
Tver’yanovich Yu.S., Degtyarev S.V., Pivovarov S.S. [and others].The environment of Nd3+, Sm3+, Yb3+ in chalcogenide glasses containing gallium and germanium / J. Non Cryst. Solids. 1999. Vol. 256-257. P. 95–99.
Zh. Xu, Kang X., Ch. Li [and others] Ln3+ (Ln= Eu, Dy, Sm, and Er) ion-doped YVO4 nano/microcrystals with multiform morphologies: Hydrothermal synthesis, growing mechanism, and luminescent properties. Inorg. Chem. 2010. Vol. 49. № 14. P. 6706–6715.
Shen X., Nie Q., Xu T., Dai Sh., Wang X. Temperature dependence of upconversion luminescence in erbium-doped tellurite glasses. J Lumin. 2010. Vol. 130. P. 1353–1356.
Wang N. Q., Zhao X., Li C.M. [and others]. Upconversion and color tunability in Tm3+/Ho3+/Yb3+ doped low phonon energy bismuth tellurite glasses. J. Lumin. 2010. Vol. 130. P. 1044–1047.
Курков А.С., Дианов Е.М. Непрерывые волоконные лазеры средней мощности. Квантовая электроника. 2004. Т. 34. № 10. С. 881–900.
Halyan V.V., Kityk I.V., Kevshyn A.H., Ivashchenko I.A., Lakshminarayana G., Shevchuk M.V., Fedorchuk A., Piasecki M. Effect of temperature on the structure and luminescence properties of Ag0.05Ga0.05Ge0.95S2–Er2S3 glasses / J. Lumin. 2017. Vol. 181. P. 315–320.
Kityk I.V., Halyan V.V., Yukhymchuk V.O., Strelchuk V.V., Ivashchenko I.A., Zhydachevskii Ya., Suchocki A., Olekseyuk I.D., Kevshyn A.G., Piasecki M. NIR and visible luminescence features of erbium doped Ga2S3–La2S3 glasses. J Non Cryst Solids. 2018. Vol. 498. P. 380–385.
Halyan V.V., Yukhymchuk V.O., Ivashchenko I.A., Kozak V.S., Tyshchenko P.V., Olekseyuk I.D. Synthesis and downconversion photoluminescence of Erbium-doped chalcohalide glasses of AgCl(I)–Ga2S3–La2S3 systems. Applied Optics. 2021. V. 60. P. 5285–5290.
Lozano W., Ara C. B., Ledemi Y., Messaddeq Y. Upconversion luminescence in Er3+ doped Ga10Ge25S65 glass and glass-ceramic excited in the near-infrared /. J. Appl. Phys. 2013. Vol. 113. P. 083520-1–083520-6.
Messaddeq S.H., Siu Li M., Lezal D., Raman investigation of structural photoinduced irreversible changes of Ga10Ge25S65 chalcogenide glasses / [and others]. J. Optoelectronics & Adv. Mater. 2001. Vol. 3. P. 295–302.
Halyan V.V., Strelchuk V.V., Yukhymchuk V.O. [and others]. Role of structural ordering on optical properties of the glasses Ag0,05Ga0,05Ge0,95S2–Er2S3. Physica B Condens. Matter. 2013. Vol. 411, № 15. P. 35–39.
Frej M.L., Valdez E., de Araújo C.B. [and others]. Stokes and anti-Stokes luminescence of Er3+ doped Ga10Ge25S65 glass excited at 980 and 532 nm. J. Appl. Phys. 2010. Vol. 108. P. 093514-1–093514-5.
Ge Li, Li Lini, Xinyu Huang [and others]. Er3+ doped and Er3+/Pr3+ co-doped gallium-antimony-sulphur chalcogenide glasses for infrared applications. Opt. Mater. Express. 2016. Vol. 6. P. 3849–3856.
J. Heo, W. Y. Cho, W. J. Chung. Sensitizing effect of Tm3+ on 2.9 μm emission from Dy3+-doped Ge25Ga5S70 glass / J. Non Cryst. Solids. 1997. Vol. 212(s2–3). P. 151–156.
Tian Y., Xu R., Hu L., Zhang J. 2.7 μm fluorescence radiative dynamics and energy transfer between Er3+ and Tm3+ions in fluoride glass under 800 nm and 980 nm excitation. J Quant Spectrosc Radiat Transf. 2012. Vol. 113. P. 87–95.
Golding P. S., Jackson S. D., King T. A., Pollnau M. Energy transfer processes in Er3+-doped and Er3+, Pr3+-codoped ZBLAN glasses. Phys. Rev. B. 2000. Vol. 62. P. 856–864.
