zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-1401Research ArticleЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯLUMINESCENCEВерификация линий в спектрах люминесценции фторфосфатных стекол, допированных ионами иттербия и тулия, по степени нелинейности протекающих ап-конверсионных процессовLine Verification in the Luminescence Spectra of Fluorophosphate Glass Doped with Yterbium and Thulium Ions by the Power of Nonlinearity of Up-Conversion ProcessesКорольковМ. В.KorolkovM. V.

Минск

Minsk

ХодасевичИ. А.KhodasevichI. A.

Минск

Minsk

ПиотухА. С.PiotukhA. S.

Минск

Minsk

ГрабчиковА. С.GrabtchikovA. S.

Минск

Minsk

КолобковаЕ. В.KolobkovaE. V.

Санкт Петербург

St. Petersburg

НгуенТуй ВанNguyenThuy Van

Ханой

Hanoi

МогилевцевД. С.MogilevtsevD. S.

Минск

Minsk

d.mogilevtsev@ifanbel.bas-net.byИнститут физики НАН БеларусиB.I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences of BelarusУниверситет ИТМОITMO UniversityИнститут материаловедения Вьетнамской академии наук и технологийInstitute of Material Sciences, Vietnam Academy of Science and Technology202324112023905689695Copyright © Корольков М.В., Ходасевич И.А., Пиотух А.С., Грабчиков А.С., Колобкова Е.В., Нгуен Т., Могилевцев Д.С., 20232023Корольков М.В., Ходасевич И.А., Пиотух А.С., Грабчиков А.С., Колобкова Е.В., Нгуен Т., Могилевцев Д.С.Korolkov M.V., Khodasevich I.A., Piotukh A.S., Grabtchikov A.S., Kolobkova E.V., Nguyen T., Mogilevtsev D.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/1401

Исследованы спектры ап-конверсионной люминесценции (АКЛ) фторфосфатных стекол, допированных редкоземельными ионами иттербия (Yb3+ с концентрацией 4—10 %) и тулия (Tm3+ с концентрацией 10–5—3 %) в режиме непрерывного возбуждения с длиной волны 975 нм. Показано, что каждая из наблюдаемых полос АКЛ — результат нескольких процессов, протекающих с различных возбужденных состояний ионов тулия и характеризующихся разной степенью нелинейности по числу поглощенных фотонов, необходимых для возбуждения этих состояний. Проанализировано влияние интенсивности накачки и концентраций допированных ионов на вклады АКЛ, обусловленных процессами возбуждения с разной нелинейностью. Показано, что одновременное формирование нескольких линий в каждой области спектра АКЛ типично для пары ионов иттербия и тулия при небольшой концентрации тулия (доли процента и меньше) и достаточно большой концентрации иттербия (4—10 %). Увеличение концентрации ионов тулия до 3 % при концентрации иттербия 5 % приводит к формированию АКЛ преимущественно в полосе 755—840 нм с максимумом вблизи 793 нм.

We have investigated up-conversion luminescence spectra of fluorophosphate glasses doped with rareearth ions Yb3+ with concentrations from 4 to 10% and Tm3+ with concentrations from 10–5 to 3% CW excited at 975 nm. Observed features of the spectra are the result of several up-conversion processes. Each process corresponds to a different Tm3+ excited level and possible nonlinearity (i.e., with a different number of absorbed photons per the emitted one). We used our obtained experimental data to analyze an influence of the pumping power and the doping ions concentration on respective contributions of different processes in the luminescence spectra. We showed that simultaneous appearance of several lines in each observed spectral region is typical for smaller concentrations of Tm3+ (much less than a percent) and larger concentrations of Yb3+ (4–10 %). Increasing Tm3+ concentration up to 3% while having 5% Yb3+ concentration leads to localization of the up-conversion spectrum in 755—840 nm band with a maximum near 793 nm.

ап-конверсионные процессыкросс-релаксационный перенос энергииап-конверсионная люминесценцияредкоземельный иондопированный ионфторфосфатные стеклаup-conversion processcross-relaxation energy transferup-conversion luminescencerareearth iondoping ionfluorophosphate glassesРабота выполнена при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (договор № Ф22В-008)ReferencesF. Auzel. Chem. Rev., 104 (2004) 139—173F. Auzel. Chem. Rev., 104 (2004) 139—173F. Auzel. J. Lumin., 223 (2020) 116900F. Auzel. J. Lumin., 223 (2020) 116900J. Wright. In Chapter Radiationless Processes in Molecules and Condensed Phases, Ed. F. K. Fong, Ser. Topics in Applied Physics, Springer, New York, 15 (1976) 239—295J. Wright. In Chapter Radiationless Processes in Molecules and Condensed Phases, Ed. F. K. Fong, Ser. Topics in Applied Physics, Springer, New York, 15 (1976) 239—295A. Nadort, J. Zhao, E. M. Goldys. Nanoscale, 8, N 27 (2016) 13099—13130A. Nadort, J. Zhao, E. M. Goldys. Nanoscale, 8, N 27 (2016) 13099—13130R. Scheps. Prog. Quant. Electron., 20 (1996) 271—358 6. M. F. Joubert. Opt. Mater., 11 (1999) 181—203R. Scheps. Prog. Quant. Electron., 20 (1996) 271—358 6. M. F. Joubert. Opt. Mater., 11 (1999) 181—203H. Scheife, G. Huber, E. Heumann, S. Bär. Opt. Mater., 26, N 4 (2004) 365—374H. Scheife, G. Huber, E. Heumann, S. Bär. Opt. Mater., 26, N 4 (2004) 365—374X. Zhu, N. Peyghambarianv. Adv. Optoelectron. (2010) 501956, doi: 10.1155/2010/501956X. Zhu, N. Peyghambarianv. Adv. Optoelectron. (2010) 501956, doi: 10.1155/2010/501956S. W. Fu, W. Shi, Y. Feng, L. Zhang, Z. Yang, S. Xu, X. Zhu, R. A. Norwood, N. Peyghambarian. JOSA, B34, N 3 (2017) A49—A62S. W. Fu, W. Shi, Y. Feng, L. Zhang, Z. Yang, S. Xu, X. Zhu, R. A. Norwood, N. Peyghambarian. JOSA, B34, N 3 (2017) A49—A62J. C. Goldchmidt, S. Fischer. Adv. Opt. Mater., 3 (2015) 510—535J. C. Goldchmidt, S. Fischer. Adv. Opt. Mater., 3 (2015) 510—535X. Li, F. Zhang, D. Zhao. Chem. Soc. Rev., 44 (2015) 1346—1378X. Li, F. Zhang, D. Zhao. Chem. Soc. Rev., 44 (2015) 1346—1378L. Qiu, Y. Yang, G. Dong, D. Xia, M. Li, X. Fan, R. Fan. Appl. Surface Sci., 448 (2018) 145—153, doi: 10.1016/j.apsusc.2018.04.058L. Qiu, Y. Yang, G. Dong, D. Xia, M. Li, X. Fan, R. Fan. Appl. Surface Sci., 448 (2018) 145—153, doi: 10.1016/j.apsusc.2018.04.058J. Zhou, Q. Liu, W. Feng, Y. Sun, F. Li. Chem. Rev., 115 (2015) 395—465J. Zhou, Q. Liu, W. Feng, Y. Sun, F. Li. Chem. Rev., 115 (2015) 395—465T. F. Schulze, T. W. Schmidt. Energy Environ. Sci., 8 (2015) 103—125T. F. Schulze, T. W. Schmidt. Energy Environ. Sci., 8 (2015) 103—125S. Chen, A. Z. Weitemier, X. Zeng, L. He, X. Wang, Y. Tao, A. J. Y. Huang, Y. Hashimotodani, M. Kano, H. Iwasaki, L. K. Parajuli, S. Okabe, D. B. Loong Teh, A. H. All, I. Tsutsui-Kimura, K. F. Tanaka, X. Liu, T. J. McHugh. Science, 359 (2018) 679—684S. Chen, A. Z. Weitemier, X. Zeng, L. He, X. Wang, Y. Tao, A. J. Y. Huang, Y. Hashimotodani, M. Kano, H. Iwasaki, L. K. Parajuli, S. Okabe, D. B. Loong Teh, A. H. All, I. Tsutsui-Kimura, K. F. Tanaka, X. Liu, T. J. McHugh. Science, 359 (2018) 679—684C. Duan, L. Liang, I. Li, R. Zhang, Z. P. Xu. J. Mater. Chem., B. 6 (2018) 192—209C. Duan, L. Liang, I. Li, R. Zhang, Z. P. Xu. J. Mater. Chem., B. 6 (2018) 192—209X. Zhu, Q. Su, W. Feng, F. Li. Chem. Soc. Rev., 46 (2017) 1025—1039X. Zhu, Q. Su, W. Feng, F. Li. Chem. Soc. Rev., 46 (2017) 1025—1039Y. Zhou, S.-T. Han, X. Chen, F. Wang, Y.-B. Tang, V. A. L. Roy. Nature Commun., 5 (2014) 4720Y. Zhou, S.-T. Han, X. Chen, F. Wang, Y.-B. Tang, V. A. L. Roy. Nature Commun., 5 (2014) 4720B. Zhou, L. Yan, L. Tao, N. Song, M. Wu, T. Wang, Q. Zhang. Adv. Sci., 5 (2018) 1700667B. Zhou, L. Yan, L. Tao, N. Song, M. Wu, T. Wang, Q. Zhang. Adv. Sci., 5 (2018) 1700667M. Rancic, M. P. Hedges, R. L. Ahlefeldt, M. J. Sellars. Nature Phys., 14 (2018) 50—54M. Rancic, M. P. Hedges, R. L. Ahlefeldt, M. J. Sellars. Nature Phys., 14 (2018) 50—54C. W. Thiel, T. Böttger, R. L. Cone. J. Lumin., 131 (2011) 353—361C. W. Thiel, T. Böttger, R. L. Cone. J. Lumin., 131 (2011) 353—361F. K. Asadi, S. C. Wein, C. Simon. Quantum Sci. Technol., 5 (2020) 045015F. K. Asadi, S. C. Wein, C. Simon. Quantum Sci. Technol., 5 (2020) 045015M. Dudek, M. Szalkowski, M. Misiak, M. Ćwierzona, A. Skripka, Z. Korczak, D. Piątkowski, P. Woźniak, R. Lisiecki, P. Goldner, S. Maćkowski, E. M. Chan, P. J. Schuck, A. Bednarkiewicz. Adv. Opt. Mater. (2022) 2201052, doi: 10.1002/adom.202201052M. Dudek, M. Szalkowski, M. Misiak, M. Ćwierzona, A. Skripka, Z. Korczak, D. Piątkowski, P. Woźniak, R. Lisiecki, P. Goldner, S. Maćkowski, E. M. Chan, P. J. Schuck, A. Bednarkiewicz. Adv. Opt. Mater. (2022) 2201052, doi: 10.1002/adom.202201052M. Kraft, C. Würth, E. Palo, T. Soukka, U. Resch-Genger. Methods Appl. Fluores., 7 (2019) 024001M. Kraft, C. Würth, E. Palo, T. Soukka, U. Resch-Genger. Methods Appl. Fluores., 7 (2019) 024001Y. Liu, Y. Lu, X. Yang, X. Zheng, S. Wen, F. Wang, X. Vidal, J. Zhao, D. Liu, Z. Zhou, C. Ma, J. Zhou, J. A. Piper, P. Xi, D. Jin. Nature, 543 (2017) 229—233Y. Liu, Y. Lu, X. Yang, X. Zheng, S. Wen, F. Wang, X. Vidal, J. Zhao, D. Liu, Z. Zhou, C. Ma, J. Zhou, J. A. Piper, P. Xi, D. Jin. Nature, 543 (2017) 229—233D. Jin, P. Xi, B. Wang, L. Zhang, J. Enderlein, A. M. van Oijen. Nature Methods, 15 (2018) 415—423D. Jin, P. Xi, B. Wang, L. Zhang, J. Enderlein, A. M. van Oijen. Nature Methods, 15 (2018) 415—423C. Lee, E. Z. Xu, Y. Liu, A. Teitelboim, K. Yao, A. Fernandez-Bravo, A. M. Kotulska, S. H. Nam, Y. D. Suh, A. Bednarkiewicz, B. E. Cohen, E. M. Chan, P. J. Schuck. Nature, 589 (2021) 230—235C. Lee, E. Z. Xu, Y. Liu, A. Teitelboim, K. Yao, A. Fernandez-Bravo, A. M. Kotulska, S. H. Nam, Y. D. Suh, A. Bednarkiewicz, B. E. Cohen, E. M. Chan, P. J. Schuck. Nature, 589 (2021) 230—235J. Li, J. Zhang, Z. Hao, X. Zhang, J. Zhao, Y. Luo. J. Appl. Phys., 113 (2013) 223507J. Li, J. Zhang, Z. Hao, X. Zhang, J. Zhao, Y. Luo. J. Appl. Phys., 113 (2013) 223507H. Zhang, Y. Li, Y. Lin, Y. Huang, X. Duan. Nanoscale, 3 (2011) 963—966H. Zhang, Y. Li, Y. Lin, Y. Huang, X. Duan. Nanoscale, 3 (2011) 963—966D. A. Simpson, W. E. K. Gibbs, S. F. Collins, W. Blanc, B. Dussardier, G. Monnom, P. Peterka, G. W. Baxter. Opt. Express, 16 (2008) 13781—13799D. A. Simpson, W. E. K. Gibbs, S. F. Collins, W. Blanc, B. Dussardier, G. Monnom, P. Peterka, G. W. Baxter. Opt. Express, 16 (2008) 13781—13799F. Guëll, R. Solé, J. Gavaldà, M. Aguiló, M. Galán, F. Díaz, J. Massons. Opt. Mater., 30, N 2 (2007) 222—226F. Guëll, R. Solé, J. Gavaldà, M. Aguiló, M. Galán, F. Díaz, J. Massons. Opt. Mater., 30, N 2 (2007) 222—226A. Pal, A. Dhar, S. Das, K. Annapurna, A. Schwuchow, T. Sun, K. T. V. Grattan, R. Sen. J. Opt. Soc. Am., B27, N 4 (2010) 2714—2720A. Pal, A. Dhar, S. Das, K. Annapurna, A. Schwuchow, T. Sun, K. T. V. Grattan, R. Sen. J. Opt. Soc. Am., B27, N 4 (2010) 2714—2720M. Quintanilla, N. O. Núñez, E. Cantelar, M. Ocaña, F. Cussó. Nanoscale, 3 (2011) 1046—1052M. Quintanilla, N. O. Núñez, E. Cantelar, M. Ocaña, F. Cussó. Nanoscale, 3 (2011) 1046—1052E. Kolobkova, A. Grabtchikov, I. Khodasevich. J. Non-Crystal. Sol. X, 11-12 (2021) 100065E. Kolobkova, A. Grabtchikov, I. Khodasevich. J. Non-Crystal. Sol. X, 11-12 (2021) 100065A. Strzęp, M. Głowacki, M. Szatko, K. Potrząsaj, R. Lisiecki, W. Ryba-Romanowski. J. Lumin., 220 (2020) 116962A. Strzęp, M. Głowacki, M. Szatko, K. Potrząsaj, R. Lisiecki, W. Ryba-Romanowski. J. Lumin., 220 (2020) 116962M. A. Noginov, M. Curley, P. Venkateswarlu, A. Williams. J. Opt. Soc. Am., B14, N 8 (1997) 2126—2136M. A. Noginov, M. Curley, P. Venkateswarlu, A. Williams. J. Opt. Soc. Am., B14, N 8 (1997) 2126—2136X. Chen, Z. Song. J. Opt. Soc. Am., B24, N 4 (2007) 965—971X. Chen, Z. Song. J. Opt. Soc. Am., B24, N 4 (2007) 965—971L. Guillemot, P. Loiko, J.-L. Doualan, A. Braud, P. Camy. Opt. Express, 30, N 18 (2022) 31669—31684L. Guillemot, P. Loiko, J.-L. Doualan, A. Braud, P. Camy. Opt. Express, 30, N 18 (2022) 31669—31684A. V. Mikheev, B. N. Kazakov. J. Lumin., 205 (2019) 167—178A. V. Mikheev, B. N. Kazakov. J. Lumin., 205 (2019) 167—178E. Yu. Perlin, A. M. Tkachuk, M.-F. Joubert, R. Moncorge. Opt. and Spectr., 90, N 5 (2001) 772—781E. Yu. Perlin, A. M. Tkachuk, M.-F. Joubert, R. Moncorge. Opt. and Spectr., 90, N 5 (2001) 772—781O. Silvestre, M. C. Pujol, M. Rico, F. Güell, M. Aguiló, F. Díaz. Appl. Phys. B, 87 (2007) 707—716O. Silvestre, M. C. Pujol, M. Rico, F. Güell, M. Aguiló, F. Díaz. Appl. Phys. B, 87 (2007) 707—716G. Androz, M. Bernier, D. Faucher, R. Vallée. Opt. Express, 16, N 20 (2008) 16019—16031G. Androz, M. Bernier, D. Faucher, R. Vallée. Opt. Express, 16, N 20 (2008) 16019—16031T. Sun, X. Su, Y. Zhang, H. Zhang, Y. Zheng. Appl. Sci., 11 (2021) 10386T. Sun, X. Su, Y. Zhang, H. Zhang, Y. Zheng. Appl. Sci., 11 (2021) 10386B. P. Kore, A. Kumar, R. E. Kroon, J. J. Terblans, H. C. Swart. Opt. Mater., 99 (2020) 109511B. P. Kore, A. Kumar, R. E. Kroon, J. J. Terblans, H. C. Swart. Opt. Mater., 99 (2020) 109511B. M. Walsh, N. P. Barnes, D. J. Reichle, S. Jiang. J. Non-Crystal. Sol., 352 (2006) 5344—5352B. M. Walsh, N. P. Barnes, D. J. Reichle, S. Jiang. J. Non-Crystal. Sol., 352 (2006) 5344—5352M. Pollnau, D. R. Gamelin, S. R. Lüthi, H. U. Güdel. Phys. Rev. B, 61 (2000) 3337—3346M. Pollnau, D. R. Gamelin, S. R. Lüthi, H. U. Güdel. Phys. Rev. B, 61 (2000) 3337—3346J. F. Suyver, A. Aebischer, S. García-Revilla, P. Gerner, H. U. Güdel. Phys. Rev. B, 71 (2005) 125123J. F. Suyver, A. Aebischer, S. García-Revilla, P. Gerner, H. U. Güdel. Phys. Rev. B, 71 (2005) 125123W. Chang, L. Li, M. Dou, Y. Yan, S. Jiang, Y Pan, M. Cui, Z. Wu, X. Zhou. Mater. Res. Bull., 112 (2019) 109—114W. Chang, L. Li, M. Dou, Y. Yan, S. Jiang, Y Pan, M. Cui, Z. Wu, X. Zhou. Mater. Res. Bull., 112 (2019) 109—114M. V. Korolkov, I. A. Khodasevich, A. S. Grabtchikov, D. Mogilevtsev, E. V. Kolobkova. Opt. Lett., 44, N 23 (2019) 5880—5883M. V. Korolkov, I. A. Khodasevich, A. S. Grabtchikov, D. Mogilevtsev, E. V. Kolobkova. Opt. Lett., 44, N 23 (2019) 5880—5883M. V. Korolkov. JOSA B, 37, N 11 (2020) 3239—3242M. V. Korolkov. JOSA B, 37, N 11 (2020) 3239—3242

The authors declare that there are no conflicts of interest present.