Верификация и спектральное разделение ап-конверсионных процессов во фторфосфатном стекле, допированном ионами иттербия и тулия, на основе зависимости их эффективной нелинейности от длины волны

Исследованы спектры ап-конверсионной люминесценции (АКЛ) фторфосфатных стекол, допированных парой редкоземельных ионов (РЗИ) иттербия (4 %) и тулия (0.1 %), возбуждаемой излучением диодного лазера, работающего в стационарном режиме на длине волны 975 нм. Каждая  из наблюдаемых полос АКЛ является результатом проявления нескольких ап-конверсионных процессов (АКП), соответствующих люминесценции ионов тулия из различных возбужденных состояний. Эти АКП характеризуются различной степенью эффективной нелинейности (ЭН). Исследовано влияние мощности накачки на спектры АКЛ, сформированные АКП с различной ЭН. Продемонстрирована возможность выделения спектров, соответствующих отдельным АКП, из общего экспериментально измеренного спектра АКЛ фторфосфатного стекла, допированного парой РЗИ иттербия (4 %) и тулия (0.1 %). Разделение основано на вычислении ЭН по зависимостям АКЛ от мощности возбуждения.

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

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

3. J. Wright. Radiationless Processes in Molecules and Condensed Phases, Ed. F. K. Fong, series 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. J. C. Goldchmidt, S. Fischer. Adv. Opt. Mater., 3 (2015) 510—535

6. V. Nazabal, J.-L. Adam. Opt. Mater., X15 (2022) 100168

7. S. Zanella, M. A. Hernández-Rodríguez, L. Fu, R. Shi, L. D. Carlos, R. A. S. Ferreira, C. D. S. Brites. Adv. Opt. Mater., 11 (2023) 2301058

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

9. L. Qiu, Y. Yang, G. Dong, D. Xia, M. Li, X. Fan, R. Fan. Appl. Surface Sci., 448 (2018) 145—153

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

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

12. A. Shalav, B. S. Richards, M. A. Green. Solar Energy Mater. and Solar Cells, 91, N 9 (2007) 829—842

13. J. Daniel, V. Fiorenzo. Nanoscale, 4, N 15 (2012) 4301—4326

14. A. Nexha, J. J. Carvajal, M. C. Pujol, F. Diaz, M. Aguilo. Nanoscale, 13 (2021) 7913—7987

15. X. Gao, D. Ju, X. Sang, J. Yang, Y. Zhang, F. Song. J. Lumin., 257 (2023) 119711

16. W. Yao, Q. Tian, W. Wu. Adv. Opt. Mater., 7 (2019) 1801171

17. M. You, J. Zhong, Y. Hong, Z. Duan, M. Lin, F. Xu. Nanoscale, 7 (2015) 4423—4431

18. T. O. Sales, C. Jacinto, W. F. Silva, R. Antunes, D. T. Dias, A. Gonçalves, R. El-Mallawany, N. G. C. Astrath, A. Novatski. J. Alloy. Compd., 899 (2022) 163305

19. F. You, S. Zheng, T. Pang, L. Zeng, L. Lei, S. Lin, J. Zhang, T. Shen, F. Huang, D. Chen. Laser Photon. Rev. (2024) 2400838

20. X. Cheng, J. Luo, F. Rosei. Nano Mater. Sci. (2024), doi: org/10.1016/j.nanoms.2024.04.003

21. R. Scheps. Prog. Quant. Electron., 20 (1996) 271—358

22. M. F. Joubert. Opt. Mater., 11 (1999) 181—203

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

24. X. Zhu, N. Peyghambarian. Adv. Optoelectron. (2010) 501956

25. W. P. Risk, T. R. Gosnell, A. V. Nurmikko. In: Compact Blue-Green Lasers, Cambridge University Press (2003) 385—467, doi: org/10.1017/CBO9780511606502

26. A. Fernandez-Bravo, K. Yao, E. S. Barnard, N. J. Borys, E. S. Levy, B. Tian, C. A. Tajon, L. Moretti, M. V. Altoe, S. Aloni, K. Beketayev, F. Scotognella, B. E. Cohen, E. M. Chan, P. J. Schuck. Nature Nanotechnology, 13 (2018) 572—577

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

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

29. 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

30. 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

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

32. 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

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

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

35. D. A. Simpson, W. E. K Gibbs, S. F. Collins1, W. Blanc, B. Dussardier, G. Monnom, P. Peterka, G. W. Baxter. Opt. Express, 16 (2008) 13781—13799

36. 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

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

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

39. С. А. Буриков, E. A. Филиппова, A. А. Федянина, C. B. Кузнецов, В. Ю. Пройдакова, В. В. Воронов, Т. А. Доленко. Опт. и спектр., 130, N 6 (2022) 817—823

40. E. Kolobkova, A. Grabtchikov, I. Khodasevich. J. Non-Crystalline Solids X, 11-12 (2021) 100065

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

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

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

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

45. М. В. Корольков, И. А. Ходасевич, А. С. Пиотух, А. С. Грабчиков, Е. В. Колобкова, Туй Ван Нгуен, Д. С. Могилевцев. Журн. прикл. спектр., 90, № 5 (2023) 689—695 [M. V. Korolkov, I. A. Khodasevich, A. S. Piotukh, A. S. Grabtchikov, E. V. Kolobkova, T. V. Nguyen, D. S. Mogilevtsev. J. Appl. Spectr., 90, N 5 (2023) 982—987]

46. M. V. Korolkov, I. A. Khodasevich, A. S. Grabtchikov, V. A. Orlovich, D. S. Mogilevtsev. Appl. Sci. (2024) (в печати)

47. K. N. Boldyrev, N. M. Abishev, I. E. Mumdzi, S. I. Nikitin, B. Z. Malkin, R. V. Yusupov, M. N. Popovа. Opt. Mater., X 14 (2022) 100155

48. W.-P. Qin, Z.-Y. Liu, C.-N. Sin, C.-F. Wu, G.-S. Qin, Z. Chen, K.-Z. Zheng. Light: Sci. Appl., 3 (2014) e193, doi: org/10.1038/lsa.2014.74

49. X. Domingo-Almenara, J. Brezmes, M. Vinaixa, S. Samino, N. Ramirez, M. Ramon-Kraue, C. Lerin, M. Díaz, L. Ibáñez, X. Correig, A. Perera-Lluna, O. Yanes. Anal. Chem., 88, N 19 (2016) 9821—9829

50. M. Riener, J. Kainulainen, J. D. Henshaw, J. H. Orkisz, C. E. Murray, H. Beuther. Astronomy & Astrophysics, 628, A78 (2019)

51. G. Talsky. Derivative Spectrophotometry: Low and High Order, VCH (1994) ISBN 9783527282944

52. J. K. Kauppinen, D. J. Moffatt, H. H. Mantsch, D. G. Cameron. Appl. Spectrosc., 35, N 3 (1981) 271—276

53. B. Ruddick, A. Anis, K. Thompson. J. Atm. Ocean. Technol., 17, N 11 (2000) 1541—1555

54. N. Dobigeon, S. Moussaoui, J.-Y. Tourneret, C. Carteret. Signal Proc., 89, N 12 (2009) 2657—2669

55. A. Mikhalychev, S. Vlasenko, T. R. Payne, D. A. Reinhard, A. Ulyanenkov. Ultramicroscopy, 215 (2020) 113014

56. R. Helin, U. G. Indahl, O. Tomic, K. H. Liland. J. Chemometrics, 36, N 2 (2022) e3374

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

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

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

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

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

62. S. L. Maurizio, G. Tessitore, G. A. Mandl, J. A. Capobianco. Nanoscale Adv., 11 (2019) 4492

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

64. B. M. Walsh, N. P. Barnes, D. J. Reichle, S. Jiang. J. Non-Crystalline Solids, 352 (2006) 5344—5352

65. P. Peterka, B. Faure, W. Blanc, M. Karásek, B. Dussardier. Opt. Quantum Electron., 36 (2004) 201—212

66. S. Kaniyarakkal, K. C. Rajasekharaudayar, R. Dagupati, Y. Li, S. Drewniak, Z. Chen, V. S. Nair, S. Edappadikkunnummal. Inorg. Chem. Commun., 158, Pt. 1 (2023) 111395

67. Y. Zheng, L. Deng, J. Li, T. Jia, J. Qiu, Z. Sun, S. Zhang. Photon. Res., 7, N 4 (2019) 486—492

68. L. E. Batay, A. A. Demidovich, A. N. Kuzmin, A. N. Titov, M. Mond, S. Kück. Appl. Phys., B75 (2002) 457—461

69. M. F. Joubert, S. Guy, B. Jacquie. Phys. Rev. B, 48 (1993) 10031—10037

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

71. M. V. Korolkov. J. Opt. Soc. Am., B37, N 11 (2020) 3239—3242

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

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

74. И. А. Ходасевич, А. А. Корниенко, П. П. Першукевич, В. А. Асеев, М. А. Ходасевич, А. С. Грабчиков. Журн. прикл. спектр., 84, № 6 (2017) 905—914

75. P. Goldner, B. Schaude, M. Prassas. Phys. Rev. B, 65 (2002) 054103

76. Y. Cho, S. W. Song, S. Y. Lim, J. H. Kim, C. R. Park, H. M. Kim. Phys. Chem. Chem. Phys., 19 (2017) 7326—7332

77. F. Guëll, X. Mateos, Jna. Gavalda, R. Sole, M. Aguilo, F. Diaz, M. Galan, J. Massons. Opt. Mater., 25, N 1 (2004) 71—77