Tese
Caracterização das propriedades espectroscópicas e termo-ópticas de vidros teluretos TeO2-Li2O-ZnO dopados com Er2O3
Registro en:
GONÇALVES, Anderson. Caracterização das propriedades espectroscópicas e termo-ópticas de
vidros teluretos TeO2-Li2O-ZnO dopados com Er2O3. 2021.Tese (Doutorado em Ciências) - Universidade
Estadual de Ponta Grossa, Ponta Grossa, 2021.
Autor
Gonçalves, Anderson
Institución
Resumen
Tellurite glass samples in the composition 65TeO2-15Li2O-20ZnO were doped with different
concentrations of Er2O3 and investigated in this work. Samples were synthesized using the
method of melting quenching in air atmosphere. The characterization of its thermal, optical,
spectroscopic, and thermo-optical properties was carried out using the techniques of optical
absorption, luminescence, lifetime, thermal lens spectroscopy, thermal mirror spectroscopy,
and other complementary techniques. The optical absorption measurements in the UV-Vis-NIR
regions showed the incorporation of Er3+ ions in the glasses obtained. Under 488 nm excitation
samples showed emission in the green and red regions, with the band referring to the 4S3=2
! 4I15=2 (552 nm) transition being the most intense. Samples with concentrations greater than
0,5 mol% of Er2O3 showed luminescence quenching. In the near-infrared region, the most intense
emission bands were those referring to the transitions from levels 4I11=2 (992 nm) and 4I13=2
(1550 nm) to the fundamental level, which showed a relative increase in intensity as a function
of the dopant concentration and slightly higher lifetime values than those found in the literature
for tellurite glasses. Under 975 nm excitation, upconversion emission was observed, with bands
also in the regions of green and red and a relative increase in red emission with the doping
increase. The quadratic dependence on the excitation power was assessed, indicating that two
photons are contributing to the process. The emission band at 1550 nm showed an increase in
width at half height with a smaller amount of dopant when compared to other vitreous systems.
This opens the possibility of using the host matrix as a band amplifier in the infrared region.
Judd-Ofelt parameters (
t) were also determined, which indicated the formation of TeO3 units,
which cause changes in polarizability and symmetry around the Er3+ ions with the increase of
dopant in the matrix. From the JO parameters, the luminescence quantum efficiency values were
also determined, the maximum efficiency being 89,2% for the transition from level 4I13=2 and
15,8% for level 4S3=2 The thermal diffusivity of the samples was determined by both thermal
lens and thermal mirror measurements. The values obtained showed good agreement between
the techniques and also with the literature. Another data obtained from these techniques was the
fraction of absorbed energy that is converted into heat ( ). These showed close values and the
same behavior for both techniques, being an indication that the results obtained are consistent.
The behavior of for the doped samples is also in agreement with the luminescence results,
showing a relevant increase in values for concentrations greater than 0,5 mol% of Er2O3. Amostras de vidros teluretos na composição 65TeO2-15Li2O-20 ZnO foram dopadas com
diferentes concentrações de Er2O3 e investigadas neste trabalho. As amostras foram sintetizadas
através do método de melting quenching em atmosfera ambiente. A caracterização de suas
propriedades térmicas, ópticas, espectroscópicas e termo-ópticas foi realizada através das técnicas
de absorção óptica, luminescência, tempo de vida, espectroscopia de lente térmica, espectroscopia
de espelho térmico e demais técnicas complementares. As medidas de absorção óptica nas regiões
do UV-Vis-NIR evidenciaram a incorporação dos íons de Er3+ nos vidros obtidos. Sob excitação
em 488 nm as amostras apresentaram emissão nas regiões do verde e vermelho, sendo a banda
referente a transição 4S3=2 ! 4I15=2 (552 nm) a mais intensa. As amostras com concentrações
superiores a 0,5 mol% de Er2O3 apresentaram efeito de quenching de luminescência. Na região
do infravermelho próximo, as bandas de emissão mais intensas foram as referentes as transições
dos níveis 4I11=2 (992 nm) e 4I13=2 (1550 nm) para o nível fundamental, as quais apresentaram
um aumento relativo na intensidade em função da concentração do dopante e valores de tempo
de vida ligeiramente maiores do que os encontrados na literatura para vidros teluretos. Sob
excitação em 975 nm, foi observado o efeito de luminescência de conversão ascendente, com
bandas de emissão também nas regiões do verde e vermelho e um aumento relativo da emissão
no vermelho com o aumento dopante. A dependência quadrática com a potência de excitação foi
avaliada, indicando que dois fótons estão contribuindo para o processo. Já a banda de emissão
em 1550 nm apresentou um aumento da largura a meia altura com uma menor quantidade
de dopante quando comparado a outros sistemas vítreos. Isto abre a possibilidade do uso da
matriz hospedeira como amplificadora de banda na região do infravermelho. Foram também
determinados os parâmetros de Judd-Ofelt (
t), os quais indicaram a formação de unidades de
TeO3, que causam mudanças na polarizabilidade e simetria ao redor dos íons de Er3+ com o
aumento de dopante na matriz. A partir dos parâmetros de JO foram determinados também os
valores da eficiência quântica de luminescência, sendo a máxima eficiência igual a 89,2% para
a transição do nível 4I13=2 e 15,8% para o nível 4S3=2. A difusividade térmica das amostras foi
determinada tanto por medidas de lente térmica quanto de espelho térmico. Os valores obtidos
apresentaram boa concordância entre as técnicas e também com a literatura. Outro dado obtido
a partir destas técnicas foi a fração de energia absorvida que é convertida em calor ( ). Estes
apresentaram valores próximos e o mesmo comportamento para as duas técnicas, sendo um
indicativo que os resultados obtidos estão coerentes. O comportamento de para as amostras
dopadas também está em concordância com os resultados de luminescência, apresentando um
aumento relevante dos valores para concentrações maiores que 0,5 mol% de Er2O3.
Amostras de vidros teluretos na composição 65TeO2-15Li2O-20 ZnO foram dopadas com
diferentes concentrações de Er2O3 e investigadas neste trabalho. As amostras foram sintetizadas
através do método de melting quenching em atmosfera ambiente. A caracterização de suas
propriedades térmicas, ópticas, espectroscópicas e termo-ópticas foi realizada através das técnicas
de absorção óptica, luminescência, tempo de vida, espectroscopia de lente térmica, espectroscopia
de espelho térmico e demais técnicas complementares. As medidas de absorção óptica nas regiões
do UV-Vis-NIR evidenciaram a incorporação dos íons de Er3+ nos vidros obtidos. Sob excitação
em 488 nm as amostras apresentaram emissão nas regiões do verde e vermelho, sendo a banda
referente a transição 4S3=2 ! 4I15=2 (552 nm) a mais intensa. As amostras com concentrações
superiores a 0,5 mol% de Er2O3 apresentaram efeito de quenching de luminescência. Na região
do infravermelho próximo, as bandas de emissão mais intensas foram as referentes as transições
dos níveis 4I11=2 (992 nm) e 4I13=2 (1550 nm) para o nível fundamental, as quais apresentaram
um aumento relativo na intensidade em função da concentração do dopante e valores de tempo
de vida ligeiramente maiores do que os encontrados na literatura para vidros teluretos. Sob
excitação em 975 nm, foi observado o efeito de luminescência de conversão ascendente, com
bandas de emissão também nas regiões do verde e vermelho e um aumento relativo da emissão
no vermelho com o aumento dopante. A dependência quadrática com a potência de excitação foi
avaliada, indicando que dois fótons estão contribuindo para o processo. Já a banda de emissão
em 1550 nm apresentou um aumento da largura a meia altura com uma menor quantidade
de dopante quando comparado a outros sistemas vítreos. Isto abre a possibilidade do uso da
matriz hospedeira como amplificadora de banda na região do infravermelho. Foram também
determinados os parâmetros de Judd-Ofelt (
t), os quais indicaram a formação de unidades de
TeO3, que causam mudanças na polarizabilidade e simetria ao redor dos íons de Er3+ com o
aumento de dopante na matriz. A partir dos parâmetros de JO foram determinados também os
valores da eficiência quântica de luminescência, sendo a máxima eficiência igual a 89,2% para
a transição do nível 4I13=2 e 15,8% para o nível 4S3=2. A difusividade térmica das amostras foi
determinada tanto por medidas de lente térmica quanto de espelho térmico. Os valores obtidos
apresentaram boa concordância entre as técnicas e também com a literatura. Outro dado obtido
a partir destas técnicas foi a fração de energia absorvida que é convertida em calor ( ). Estes
apresentaram valores próximos e o mesmo comportamento para as duas técnicas, sendo um
indicativo que os resultados obtidos estão coerentes. O comportamento de para as amostras
dopadas também está em concordância com os resultados de luminescência, apresentando um
aumento relevante dos valores para concentrações maiores que 0,5 mol% de Er2O3. Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná