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Frequency upconversion in rare-earth doped fluoroindate glasses - 04/04/08

Cid B de Araújo a, ⁎ , Glauco S Maciel a, Leonardo de S Menezes a, Nikifor Rakov a, Edilson L Falcão-Filho a, Vladimir A Jerez a, Younes Messaddeq b
a Departamento de Física, Universidade Federal de Pernambuco, 50670-901 Recife, PE, Brazil 
b  Instituto de Química, Universidade do Estado de São Paulo, 14801-970, Araraquara, SP, Brazil 

*Corresponding author

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Abstract

We present recent results on frequency upconversion (UPC) obtained in fluoroindate glasses (FIG) doped with Ho3+, Tm3+ and Nd3+ ions and codoped with Pr3+/Nd3+ and Yb3+/Tb3+ ions. The results for the Ho3+-doped samples show strong evidence of energy transfer (ET) between Ho3+ ions resonantly excited at 640 nm. The origin of the blue-green upconverted fluorescence observed was identified and the dynamics of the signals revealed the pathways involved in the UPC process. In the case of Tm3+-doped FIG, the samples were resonantly excited at 650 nm and the main mechanism that contributes for the red-to-blue upconversion is excited-state absorption (ESA). The FIG samples codoped with Pr3+/Nd3+ were excited at 588 nm in resonance with transitions starting from the ground state of the Nd3+ and the Pr3+ ions. It was observed that the presence of Nd3+ ions enhanced the Pr3+ emission at 480 nm by two orders of magnitude. Multiphonon (MP)-assisted upconversion is also discussed for Nd3+-doped FIG pumped at 866 nm. Emission at 750 nm with a peculiar linear dependence with the laser intensity was observed and explained. A rate-equation model that includes MP absorption via thermally coupled electronic excited states of Nd3+ was developed and describes well the experimental results. The role played by effective phonon modes is clearly demonstrated. MP-assisted UPC process was also studied in Yb3+/Tb3+-codoped FIG samples excited at 1064 nm, which is off-resonance with electronic transitions starting from the ground state. It was determined that the mechanism leading to Tb3+ emission in the blue is due to ET from a pair of excited Yb3+ ions followed by ESA in the Tb3+ ions.

El texto completo de este artículo está disponible en PDF.

Résumé

Des résultats récents relatifs à la conversion ascendante de fréquence dans le verre fluoroindate (FIG) dopé avec ions Ho3+, Tm3+ et Nd3+ ou codopé avec Pr3+/Nd3+ et Yb3+/Tb3+ sont présentés. Les expériences réalisées sur Ho3+ mettent clairement en évidence un transfert d'énergie entre les ions Ho3+ excités à la longueur d'onde 640 nm. L'origine des fluorescences bleue et verte a été identifiée ; la dynamique des signaux permet de mettre en évidence les chemins d'excitation dans les processus de conversion ascendants. Les échantillons contenant Tm3+ étaient excités par un laser émettant à 650 nm : le processus dominant pour la conversion ascendante rouge-bleu est l'absorption, pour les états excités d'un même ion. Les verres codopés Pr3+/Nd3+ étaient excités à 588 nm. La présence du Nd3+ a augmenté l'émission à 480 nm par le Pr3+ de deux ordres de grandeur. L'émission visible assistée par un processus de multiphonons est présentée pour Nd3+ pompé à 866 nm. Une émission à 750 nm avec dépendance linéaire en puissance de pompage a aussi été observée et expliquée. Un modèle faisant intervenir une équation incluant l'absorption multiphonon via un couplage thermique entre états excités du Nd3+ rend bien compte des résultats expérimentaux. Les processus assistés par phonons ont aussi été étudiés en ce qui concerne le codopage Yb3+/Tb3+. On a déterminé que l'émission du Tb3+ dans le bleu est liée au transfert de l'énergie accumulée dans deux ions Yb3+ voisins à des niveaux excités du Tb3+.

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Keywords : frequency upconversion, fluoroindate glass, rare-earth ions

Mots-clé : conversion ascendante de fréquence, verre fluoroindate, terre rare


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Vol 5 - N° 12

P. 885-898 - décembre 2002 Regresar al número
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  • Frequency upconversion in rare-earth doped fluoroindate glasses
  • Cid B. de Araújo, Glauco S. Maciel, Leonardo de S. Menezes, Nikifor Rakov, Edilson L. Falcão-Filho, Vladimir A. Jerez, Younes Messaddeq
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