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Consultar: Programa de Pós-Graduação em Física (Acadêmico)

Título [PT]: Estudo das luminescências de íons terras raras incorporados na matriz vítrea Aluminosilicato de Cálcio
Autor(es): Paulo Toshio Udo
Palavras-chave [PT]:

Luminescência de terra rara. Espectroscopia óptica. Propriedades ópticas. Matriz vítrea. Vidro aluminato de cálcio. Dopagem com terra rara. Emissão infravermelho. Biovidro aluminato.

Mauro Luciano Baesso [Orientador] - UEM Carlos Jacinto da Silva - UFAL Antonio Medina Neto - UEM João Carlos Silos Moraes - UNESP Luis Carlos Moura Miranda - UEM

Resumo: Neste trabalho estudamos as potencialidades do vidro aluminosilicato de cálcio com baixa concentração de sílica e isentos de hidroxila (LSCAS), dopados com íons terras raras trivalentes para aplicações tecnológicas no desenvolvimento de dispositivos ópticos ativos e passivos. Produzimos vidros dopados com itérbio, com itérbio e túlio e com itérbio e hólmio. Os resultados obtidos mostraram que tal material tem potencial para utilização como meio ativo para laser operando nas regiões espectrais do infravermelho próximo e médio que tem aplicações nas áreas biomédicas e odontológicas, e no visível e infravermelho próximo em sistema de transmissão de dados através da comutação das intensidades nos comprimentos de onda de emissão de 480 e 800 nm. As amostras foram produzidas em um sistema de fusão em atmosfera redutora controlada, mantido por um sistema de vácuo para eliminar a formação da hidroxila e assim obter um meio ativo com transparência óptica da ordem de 90% na região espectral desde o visível até 5 μm no infravermelho médio. Com isso, a emissão luminescente dos íons terras rara introduzidos na matriz vítrea não é reabsorvida, permitindo a produção de meios ativos para laser de estado sólido para operar nesta região do espectro. A caracterização das amostras foi realizada com medidas de espectrofotometria, espectrometria de lente térmica e fotoluminescência. Para conseguir uma eficiente emissão no comprimento de onda de 1,8 μm estudamos a relação entre as concentrações dos íons dopantes Yb3+ e Tm3+ em função do regime de potência de bombeio que favorecesse os mecanismos de transferência de energia para esta emissão. Para a determinação da eficiência quântica da emissão no comprimento de onda de 1,8 3 μm no sistema dopado com itérbio e túlio foi estendido o método empregado por Rohling considerando a razão de ramificação das transições entre os níveis metaestáveis dos íons túlio trivalentes. Além disso, o sistema dopado com Yb3+ e Tm3+ mostrou forte dependência na razão das intensidades das emissões luminescentes nos comprimentos de onda de 480 e 800 nm em função das concentrações do íon Tm3+ e da potência do laser de bombeio, apresentando comutação nas intensidades de luminescência. Este resultado evidenciou mais um potencial tecnológico destes vidros para aplicação em dispositivos ópticos para transmissão de informações. Estudos preliminares do vidro LSCAS co-dopados com Yb3+ e Ho3+ também indicam este material para o desenvolvimento de meios ativos para laser de estado sólido com emissão na região espectral do infravermelho médio, complementando o do sistema Yb3+ e Tm3+. Também produzimos pela primeira vez o vidro LSCAS dopado com TiO2, que apresentou longo tempo de vida de emissão, da ordem de 170 μs. Estudos preliminares indicam que este sistema é um bom candidato a meio ativo para laser com emissão espectral próxima a do monocristal comercial de titânio safira, porém devido às propriedades especiais da matriz vítrea hospedeira LSCAS, poderá ampliar a escala espectral e de potência para muito além daquelas conseguidas com a matriz cristalina de Ti3+: Al2O3, similarmente aos sistemas Nd3+ : YAG e Nd3+: Glass. Em conclusão, os resultados deste trabalho ampliaram as perspectivas de utilização da matriz vítrea LSCAS como hospedeira de íons ativos para o desenvolvimento de dispositivos ópticos passivos e de meios ativos para laser que operem na região espectral do visível ao infravermelho médio. Abstract: In this work we studied the potentiality for technological applications in optical devices, both active and passive, of the hydroxyls free low silica calcium aluminosilicato glasses (LSCAS) doped with trivalent rare earth ions. We produced glasses doped with ytterbium, ytterbium and thulium and ytterbium and holmium. The results showed the possibility of using these systems as active media for lasers operating from the near to mid-infrared spectral regions for practical application in the biomedical and odontological areas and in the visible and near infrared for data transmission system by switching the intensities of the luminescence of the trivalent thulium at λ=480 and λ=800 nm. The samples were produced in a controlled melting system in reductive atmosphere, maintained by a vacuum system to eliminate the formation of hydroxyl and thereby to obtain an active medium with optical transparency of the order of 90% in the region from the visible to mid-infrared, up to 5 μm. Thus, the luminescence of the rare earth ions incorporated into the vitreous matrix are not re-absorbed, allowing the production the active medium for solid state laser to operate in this region of the spectrum. The characterization of the samples was done with thermal lens spectrometry, optical absorption and photoluminescence. To achieve efficient emission at 1,8 μm we studied the relation between the concentration of the Yb3+ and Tm3+ ions with the pump power regime to promote the mechanisms of energy transfer to this emission. To determine the quantum efficiency of the emission at 1.8 μm in the system doped with ytterbium and thulium, the method employed by Rohling, considering the branching ratio of the transitions between metastable levels of the trivalent thulium, was extended. Moreover, the system doped with Yb3+ and Tm3+ showed dependence on the intensity ratio of luminescent emission at 480 and at 800 nm due to Tm3+ concentration and pumping power laser, presenting a switch in the luminescence intensities in those wavelengths. This result shows a technological potential of these glasses to be used in devices for optical information transmission. Preliminary studies of glass LSCAS doped with Yb3+and Ho3+ indicate a potential for development of active medium for solid state lasers with emission in the mid-infrared spectral region, complementing the Yb3+ and Tm3+ system. We also produced for the first time the LSCAS glass doped with TiO2 which presents a long fluorescence life time, on the order of 170 μs. Preliminary studies indicate a potential for the development of active medium for laser with spectral emission of Ti3+ near that of commercial Ti-sapphire, but because of the special properties of the LSCAS vitreous matrix, it may expand the spectral and the power scales beyond those achieved with crystalline matrix Ti3+: Al2O3, similarly to the system Nd: YAG and Nd: Glass. In conclusion, the results of this study indicate the possibility of expanding the use of LSCAS vitreous matrix as a host for active ions for the development of passive optical devices and active medium for laser operating in the spectral region from the visible to mid infrared.

Idioma: Português Data de Publicação: 2008 Local de Publicação: Maringá, PR Orientador: Prof. Dr. Mauro Luciano Baesso Co-Orientador: Prof. Dr. Carlos Jacinto da Silva Instituição: Universidade Estadual de Maringá. Departamento de Física. Universidade Estadual de Londrina. Departamento de Física. Nível: Tese (doutorado em Física)/ UEM: Programa de Pós-Graduação em Física UEL: Programa de Pós-Graduação em Física

Responsavel: inez
Categoria: Aplicação
Formato: Documento PDF
Arquivo: paulo_toshio_udo_2008.pdf
Tamanho: 1676 Kb (1715929 bytes)
Criado: 09-11-2009 14:48
Atualizado: 09-11-2009 15:06
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