Верификация линий в спектрах люминесценции фторфосфатных стекол, допированных ионами иттербия и тулия, по степени нелинейности протекающих ап-конверсионных процессов

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.

1. F. Auzel. Chem. Rev., 104 (2004) 139—173

2. F. Auzel. J. Lumin., 223 (2020) 116900

3. J. 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—295

4. A. Nadort, J. Zhao, E. M. Goldys. Nanoscale, 8, N 27 (2016) 13099—13130

5. R. Scheps. Prog. Quant. Electron., 20 (1996) 271—358 6. M. F. Joubert. Opt. Mater., 11 (1999) 181—203

6. H. Scheife, G. Huber, E. Heumann, S. Bär. Opt. Mater., 26, N 4 (2004) 365—374

7. X. Zhu, N. Peyghambarianv. Adv. Optoelectron. (2010) 501956, doi: 10.1155/2010/501956

8. S. 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—A62

9. J. C. Goldchmidt, S. Fischer. Adv. Opt. Mater., 3 (2015) 510—535

10. X. Li, F. Zhang, D. Zhao. Chem. Soc. Rev., 44 (2015) 1346—1378

11. L. 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.2018.04.058

12. J. Zhou, Q. Liu, W. Feng, Y. Sun, F. Li. Chem. Rev., 115 (2015) 395—465

13. T. F. Schulze, T. W. Schmidt. Energy Environ. Sci., 8 (2015) 103—125

14. S. 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—684

15. C. Duan, L. Liang, I. Li, R. Zhang, Z. P. Xu. J. Mater. Chem., B. 6 (2018) 192—209

16. X. Zhu, Q. Su, W. Feng, F. Li. Chem. Soc. Rev., 46 (2017) 1025—1039

17. Y. Zhou, S.-T. Han, X. Chen, F. Wang, Y.-B. Tang, V. A. L. Roy. Nature Commun., 5 (2014) 4720

18. B. Zhou, L. Yan, L. Tao, N. Song, M. Wu, T. Wang, Q. Zhang. Adv. Sci., 5 (2018) 1700667

19. M. Rancic, M. P. Hedges, R. L. Ahlefeldt, M. J. Sellars. Nature Phys., 14 (2018) 50—54

20. C. W. Thiel, T. Böttger, R. L. Cone. J. Lumin., 131 (2011) 353—361

21. F. K. Asadi, S. C. Wein, C. Simon. Quantum Sci. Technol., 5 (2020) 045015

22. M. 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.202201052

23. M. Kraft, C. Würth, E. Palo, T. Soukka, U. Resch-Genger. Methods Appl. Fluores., 7 (2019) 024001

24. Y. 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—233

25. D. Jin, P. Xi, B. Wang, L. Zhang, J. Enderlein, A. M. van Oijen. Nature Methods, 15 (2018) 415—423

26. C. 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—235

27. J. Li, J. Zhang, Z. Hao, X. Zhang, J. Zhao, Y. Luo. J. Appl. Phys., 113 (2013) 223507

28. H. Zhang, Y. Li, Y. Lin, Y. Huang, X. Duan. Nanoscale, 3 (2011) 963—966

29. D. 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—13799

30. F. Guëll, R. Solé, J. Gavaldà, M. Aguiló, M. Galán, F. Díaz, J. Massons. Opt. Mater., 30, N 2 (2007) 222—226

31. A. 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—2720

32. M. Quintanilla, N. O. Núñez, E. Cantelar, M. Ocaña, F. Cussó. Nanoscale, 3 (2011) 1046—1052

33. E. Kolobkova, A. Grabtchikov, I. Khodasevich. J. Non-Crystal. Sol. X, 11-12 (2021) 100065

34. A. Strzęp, M. Głowacki, M. Szatko, K. Potrząsaj, R. Lisiecki, W. Ryba-Romanowski. J. Lumin., 220 (2020) 116962

35. M. A. Noginov, M. Curley, P. Venkateswarlu, A. Williams. J. Opt. Soc. Am., B14, N 8 (1997) 2126—2136

36. X. Chen, Z. Song. J. Opt. Soc. Am., B24, N 4 (2007) 965—971

37. L. Guillemot, P. Loiko, J.-L. Doualan, A. Braud, P. Camy. Opt. Express, 30, N 18 (2022) 31669—31684

38. A. V. Mikheev, B. N. Kazakov. J. Lumin., 205 (2019) 167—178

39. E. Yu. Perlin, A. M. Tkachuk, M.-F. Joubert, R. Moncorge. Opt. and Spectr., 90, N 5 (2001) 772—781

40. O. Silvestre, M. C. Pujol, M. Rico, F. Güell, M. Aguiló, F. Díaz. Appl. Phys. B, 87 (2007) 707—716

41. G. Androz, M. Bernier, D. Faucher, R. Vallée. Opt. Express, 16, N 20 (2008) 16019—16031

42. T. Sun, X. Su, Y. Zhang, H. Zhang, Y. Zheng. Appl. Sci., 11 (2021) 10386

43. B. P. Kore, A. Kumar, R. E. Kroon, J. J. Terblans, H. C. Swart. Opt. Mater., 99 (2020) 109511

44. B. M. Walsh, N. P. Barnes, D. J. Reichle, S. Jiang. J. Non-Crystal. Sol., 352 (2006) 5344—5352

45. M. Pollnau, D. R. Gamelin, S. R. Lüthi, H. U. Güdel. Phys. Rev. B, 61 (2000) 3337—3346

46. J. F. Suyver, A. Aebischer, S. García-Revilla, P. Gerner, H. U. Güdel. Phys. Rev. B, 71 (2005) 125123

47. W. Chang, L. Li, M. Dou, Y. Yan, S. Jiang, Y Pan, M. Cui, Z. Wu, X. Zhou. Mater. Res. Bull., 112 (2019) 109—114

48. M. V. Korolkov, I. A. Khodasevich, A. S. Grabtchikov, D. Mogilevtsev, E. V. Kolobkova. Opt. Lett., 44, N 23 (2019) 5880—5883

49. M. V. Korolkov. JOSA B, 37, N 11 (2020) 3239—3242