Випромінювання у ближньому та середньому інфрачервоному діапазоні стекол Ga2S3–GeS2–Sb2S3: Er, Nd
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe70.1.48Ключові слова:
халькогенiднi стекла, система Ga2S3 – GeS2–Sb2S3, рiдкiсноземельнi метали, оптичне поглинання, фотолюмiнесценцiя, IЧ матерiалиАнотація
Стекла 20 моль% Ga2S3 – 60 моль% GeS2 – 20 моль% Sb2S3: Er2S3 (1–4 моль%); Nd2S3 (2 моль%) отримано методом гартування. На основi дослiджень спектрiв оптичного поглинання встановлено смуги поглинання iз максимумами 655, 755, 810, 885, 980 i 1540 нм. При збудженнi фотолюмiнесценцiї випромiнюванням з λ = 805 нм у спектрi з’являються смуги з максимумами при 1070, 1350, 1540, 1700 i 2490 нм, що вiдповiдає переходам 4F3/2 → 4I11/2 (Nd3+), 4F3/2 → 4I13/2 (Nd3+), 4I13/2 → 4I15/2 (Er3+), 4I9/2 → 4I13/2 (Er3+), 4I13/2 → 4I9/2 (Nd3+) у f-оболонках обох рiдкоземельних металiв. Високi значення коефiцiєнта пропускання скляної матрицi та iнтенсивна фотолюмiнесценцiя, зумовлена Er3+ та Nd3+, роблять її придатною для розробки оптоелектронних пристроїв, якi працюють в ближньому та середньому IЧ-дiапазонах.
Посилання
W. Blanc, Y.G. Choi, X. Zhang, M. Nalin et al. The past, present and future of photonic glasses: A review in homage to the United Nations International Year of glass 2022. Prog. Mater. Sci. 134, 101084 (2023).
https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2023.101084
V.V. Halyan, V.O. Yukhymchuk, Ye.G. Gule, K. Ozga et al. Photoluminescence features and nonlinear-optical properties of the Ag0.05Ga0.05Ge0.95S2-Er2S3 glasses. Opt. Mater. 90, 84 (2019).
https://doi.org/10.1016/j.optmat.2019.02.018
A.M.El. Naggar, A.A. Albassam, G. Lakshminarayana, V.V. Halyan et al. Exploration of nonlinear optical features of Ga2S3-La2S3 glasses for optoelectronic applications, Glass Phys. Chem. 45, 467 (2019).
https://doi.org/10.1134/S1087659619060142
T.V. Moreno, L.C. Malacarne, M.L. Baesso et al. Potentiometric sensors with chalcogenide glasses as sensitive membranes: A short review. J. Non-Cryst. Solids. 495, 8 (2018).
https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2018.04.057
V.V. Halyan, I.V. Kityk, A.H. Kevshyn, I.A. Ivashchenko et al. Effect of temperature on the structure and luminescence properties of Ag0.05Ga0.05Ge0.95S2-Er2S3 glasses. J. Lumin. 181, 315 (2017).
https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2016.09.022
A. Tverjanovich, Y.S. Tveryanovich, C. Shahbazova. Structure and luminescent properties of glasses in the GeS2-Ga2S3-Sb2S3 : Pr3+ system. Materials 16, 4672 (2023).
https://doi.org/10.3390/ma16134672
M.M. Gul, K.S. Ahmad, A.G. Thomas, L. Almanqur et al. A clear path to enhanced performance: In : SnO2/(Er2S3-ZrS3-NiS2)GO as an effective transparent electrode in photoelectrochemical cells. Mater. Chem. Phys. 309, 128445 (2023).
https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2023.128445
V.V. Halyan, A.H. Kevshyn, G.Ye. Davydyuk et al. IR Photoluminescence in Ag0.05Ga0.05Ge0.95S2−Er2S3. Ukr. J. Phys. 55, 1278 (2010).
A.A. Man'shina, A.V. Kurochkin, S.V. Degtyarev, Ya.G. Grigor'ev et al. Glasses of the Ga2S3-GeS2 system doped with rare-earth ions (Nd3+, Er3+) as active optical materials. In: Proc. SPIE International Seminar on Novel Trends in Nonlinear Laser Spectroscopy and HighPrecision Measurements in Optics 4429, 80 (2001).
Z.G. Ivanova, V.S. Vassilev, E. Cernoskova, Z. Cernosek. Physicochemical, structural and fluorescence properties of Er-doped Ge-S-Ga glasses. J. Phys. Chem. Solids. 64, 107 (2003).
https://doi.org/10.1016/S0022-3697(02)00266-4
Y.S. Tver'yanovich. Concentration quenching of luminescence of rare-earth ions in chalcogenide glasses. Glass Phys. Chem. 29, 166 (2003).
M. Ichikawa, T. Wakasugi, K. Kadono. Glass formation, physico-chemical properties, and structure of glasses based on Ga2S3-GeS2-Sb2S3 system. J. Non-Cryst. Solids. 356, 2235 (2010)
https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2010.08.029
M. Ichikawa, Y. Ishikawa, T. Wakasugi, K. Kadono. Midinfrared emissions from Ho3+ in Ga2S3-GeS2-Sb2S3 glass. J. Lumin. 132, 784 (2012).
https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2011.11.007
M. Ichikawa, Y. Ishikawa, T. Wakasugi, K. Kadono. Nearand mid-infrared emissions from Dy3+ and Nd3+-doped Ga2S3-GeS2-Sb2S3 glass. Opt. Mater. 35, 1914 (2013).
https://doi.org/10.1016/j.optmat.2012.12.032
J. Heo, J.M. Yoon, S-Y. Ryou. Raman spectroscopic analysis on the solubility mechanism of La3 in GeS2-Ga2S3 glasses. J. Non-Cryst. Solids. 238, 115 (1998).
https://doi.org/10.1016/S0022-3093(98)00577-8
L. Koudelka, M. Frumar, M. Pisarik. Raman spectra of Ge-Sb-S system glasses in the S-rich region. J. Non-Cryst. Solids. 41, 171 (1980).
https://doi.org/10.1016/0022-3093(80)90162-3
G. Lucovsky, F.L. Galeener, R.C. Keezer et al. Structural interpretation of the infrared and Raman spectra of glasses in the alloy system Ge1−xSx. Phys. Rev. B. 10(12), 5134 (1974).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.10.5134
C. Julien, S. Barnier, M. Massot, N. Chbani et al. Raman and infrared spectroscopic studies of Ge-Ga-Ag sulphide glasses. Mater. Sci. Eng. B 22, 191 (1994).
https://doi.org/10.1016/0921-5107(94)90243-7
X.F. Wang, S.X. Gu, J.G. Yu, X.J. Zhao, H.Z. Tao. Structural investigations of GeS2-Ga2S3-CdS chalcogenide glasses using Raman spectroscopy. Solid State Commun. 130, 459 (2004).
https://doi.org/10.1016/j.ssc.2004.02.046
H. Takebe, T. Hirokawa, T. Ichiki, K. Morinaga. Thermal stability and structure of Ge-Sb-S glasses, J. Ceram. Soc. Jpn. 111, 572 (2003).
https://doi.org/10.2109/jcersj.111.572
J.H. Campbell, T.I. Suratwala. Nd-doped phosphate glasses for high-energy/high-peak-power lasers. J. NonCryst. Solids. 263-264, 318 (2000).
https://doi.org/10.1016/S0022-3093(99)00645-6
J-F, Wyart, A, Meftah, A. Bachelier, J. Sinzelle et al. Energy levels of 4f3 in the Nd3+ free ion from emission spectra, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 39, L77 (2006).
https://doi.org/10.1088/0953-4075/39/5/L01
D.L. Dexter. A theory of sensitized luminescence in solids. J. Chem. Phys. 21, 836 (1953).
https://doi.org/10.1063/1.1699044
C.B. Layne, W.H. Lowdermilk, M.J. Weber. Multiphonon relaxation of rare-earth ions in oxide glasses. Phys. Rev. B. 16, 10 (1977).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.16.10
R. Reisfeld, C.K. Jørgensen. Excited state phenomena in vitreous materials. Handbook on the physics and chemistry of rare earths. 9, 1 (1987).
https://doi.org/10.1016/S0168-1273(87)09004-4
L. Li, J. Bian, Q. Jiao, Z. Liu et al. GeS2-In2S3-CsI chalcogenide glasses doped with rare earth ions for near- and Mid-IR luminescence. Sci. Rep. 6, 37577 (2016).
https://doi.org/10.1038/srep37577
I.V. Kityk, V.V. Halyan, V.O. Yukhymchuk, V.V. Strelchuk et al. NIR and visible luminescence features of erbium doped Ga2S3-La2S3. J. Non-Cryst. Solids. 498, 380 (2018).
https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2018.03.024
V.V. Halyan, V.O. Yukhymchuk, I.A. Ivashchenko, V.S. Kozak et al. Synthesis and downconversion photoluminescence of Erbium-doped chalcohalide glasses of AgCl(I)-Ga2S3-La2S3 systems. Appl. Opt. 60, 5285 (2021).
https://doi.org/10.1364/AO.426034
J. Ganem, S.R. Bowman. Use of thulium-sensitized rare earth-doped low phonon energy crystalline hosts for IR sources, Nanoscale Res. Lett. 8 (1), 455 (2013).
https://doi.org/10.1186/1556-276X-8-455
V.V. Halyan, O.Y. Khyzhun, I.A. Ivashchenko, A.H. Kevshyn et al. Electronic structure and optical properties of (Ga70La30)2S300 and (Ga69.75La29.75Er0.5)2S300 single crystals, novel light-converting materials. Physica B Condens. Matter. 544, 10 (2018).
https://doi.org/10.1016/j.physb.2018.05.023
M. Kuwik, C.K. Jayasankar, W.A. Pisarski, J. Pisarska. Theoretical calculations and experimental investigations of lead phosphate glasses singly doped with Pr3+ and Tm3+ ions using luminescence spectroscopy. J. All. Comp. 842, 155801 (2020).
https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.155801
Ullah, F. Zaman, G. Rooh, S.A. Khattak et al. Photoluminescence and energy transfer investigations in Gd3+-Dy3+ co-doped borate glasses. Physica B: Condens. Matter. 639, 413976 (2022).
https://doi.org/10.1016/j.physb.2022.413976
R. Chahal, F. Starecki, J-L. Doualan, P. Nˇemec et al. Nd3+: Ga-Ge-Sb-S glasses and fibers for luminescence in mid-IR: Synthesis, structural characterization and rare earth spectroscopy. Opt. Mater. Express 8, 1650 (2018).
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
