Publicação: Caracterização e estudo das propriedades ópticas de íons
de Neodímio em uma matriz vítrea à base de óxidos
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CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
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Resumo
O material hospedeiro, proposto nesta pesquisa, para os íons de Neodímio foi
a matriz vítrea SNPZ (40SiO2 . 30Na2CO3 . 20PbO . 10ZnO (mol%)) dopada com
XNd2O3 (%wt), onde X = 0,1; 0,3; 0,5; 0,7; 0,9; 1,1; 1,3; 1,5; 1,7; 1,9.
Os espectros de absorção óptica da matriz vítreas SNPZ dopada com íons
Nd3+ apresentaram bandas de absorção óptica (AO) centradas em torno de 431,
474, 514, 530, 586, 630, 685, 739, 804, 876 e 1598 nm, obtidos á temperatura
ambiente. Já os espectros de fotoluminescência (PL) apresentaram bandas
centradas em torno de 811, 880, 1060, 1330 nm, obtidos, também, à temperatura
ambiente, utilizando a linha de excitação de 514,5 nm (19436 cm-1) de um laser de
argônio, para bombeio de elétrons do estado 4I9/2 para 4G9/2 + 4G7/2 + 2K13/2 de íons
de Neodímio inseridos na matriz vítrea SNPZ, em que ocorreu um decaimento não
radiativo até o estado 4F3/2. A diferença de energia dos estados intermediários entre
4G9/2 + 4G7/2 + 2K13/2 e 4F3/2 é da ordem da energia correspondente aos modos de
vibração da matriz vítrea SNPZ, que são de 421, 515 e 851 cm-1 conforme os
espectros Raman, obtidos à temperatura ambiente.
Para obter os parâmetros espectroscópicos utilizou-se os cálculos da Teoria
de Judd-Ofelt, em que se apresentou uma máxima eficiência quântica de 97,8 % na
matriz vítrea SNPZ dopada com 0,7 Nd2O3 (%wt), correspondente a 9,490 x 1019
íons/cm3 e para essa dopagem verificou-se um tempo de vida experimental de 302
µs para o estado 4F3/2. Diante disso, pode-se concluir que a matriz vítrea SNPZ
possibilita ser um hospedeiro ideal para os íons de Neodímio em relação aos demais
materiais.
Neste trabalho de pesquisa verificou-se que o comprimento de migração do
fóton é máximo para a matriz vítrea SNPZ dopada com 1,1 Nd2O3 (%wt),
correspondente a 1,22 x 1020 íons/cm3.
Enfim, pelo fato do íon de Nd3+ apresentar emissão e absorção em torno de
880 nm pode-se utilizar a matriz vítrea SNPZ dopada com íons de Nd3+ como
amplificador óptico. Podendo concluir que existe uma distância critica que favorece a
difusão de fótons, uma vez que a concentração está relacionada com distância entre
íons.
Abstract
The material host, considered in this research, for ions of Neodymium was
glass matrix SNPZ (40SiO2 . 30Na2CO3 . 20PbO . 10ZnO (%mol)) doped with
XNd2O3 (%wt), where X = 0.1; 0.3; 0.5; 0.7; 0.9; 1.1; 1.3; 1.5; 1.7; 1.9.
The specters of optic absorption of doped matrix glass SNPZ with ions Nd3+
had presented bands of optic absorption (OA) centered around 431, 474, 514, 530,
586, 630, 685, 739, 804, 876 and 1598 nm, gotten ambient temperature. Already the
photoluminescence specters (PL) had presented bands centered around 811, 880,
1060, 1330 nm, gotten, also, to the ambient temperature, using the line of excitement
of 514.5 nm (19436 cm-1) of an argon laser, for pump of electrons of the 4I9/2 state for
4G9/2 + 4G7/2 + 2K13/2 of ions of Neodymium inserted in glass matrix SNPZ, where 4F3/2
occurred a nonradiative decline until the state. The difference of energy of the
intermediate states between 4G9/2 + 4G7/2 + 2K13/2 and 4F3/2 is of the order of the
corresponding energy to the ways of vibration of glass matrix SNPZ, that are of 421,
515 and 851 cm-1 in agreement the Raman specters, gotten to the ambient
temperature.
To get the spectroscopic parameters one used the calculations of the Theory
of Judd-Ofelt, where presented a maximum quantum efficiency of 97.8 % glass
doped in matrix SNPZ with 0.7 Nd2O3 (%wt), correspondent the 9.490 x 1019
ions/cm3 and verified an experimental lifetime of 302 µs for the state 4F3/2. Ahead of
this, it can be concluded that glass matrix SNPZ makes possible to be an ideal host
for ions of Neodymium in relation to the excessively material ones.
In this work of research it was verified that the length of migration of the
photon is maximum for doped glass matrix SNPZ with 1.1 Nd2O3 (%wt),
correspondent 1.22 x 1020 ions/cm3.
At last, for the fact of the ion of Nd3+ to present emission and absorption
around 880 nm can be used doped glass matrix SNPZ with ions of Nd3+ as amplifying
optic. Being able to conclude that it exists a distance it criticizes that it favors the
diffusion of photons, a time that the concentration is related with distance between
ions.
Palavras-chave
Espectroscopia óptica, Novos materiais, Estado vítreo, Microluminescência, Optic spectroscopy, New materials, Glass state, Microluminescence
Citação
SERQUEIRA, Elias Oliveira. Caracterização e estudo das propriedades ópticas de íons
de Neodímio em uma matriz vítrea à base de óxidos. 2005. 146 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Exatas e da Terra) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2005.