光学学报, 2013, 33 (8): 0816001, 网络出版: 2013-07-09   

温度对Er3+掺杂ZBLAN透明玻璃斯塔克能级跃迁的影响

Influence of Temperature on the Transition of Stark Sublevels of Er3+ Doped ZBLAN Glass
作者单位
1 天津理工大学材料物理研究所显示材料与光电器件教育部重点实验室, 天津 300384
2 天津理工大学理学院, 天津 300384
摘要
采用熔融淬火法制备了Er3+掺杂53ZrF4-20BaF2-4LaF3-3AlF3-20NaF-2.4PbF2(ZBLAN)氟化物透明玻璃。在10 K~540 K温度范围内,测量了对应于Er3+斯塔克分裂能级4S3/2(1)→4I15/2和4S3/2(2)→4I15/2(对应波长分别为542 nm和548 nm)的变温荧光光谱,结果显示环境温度升高时,样品在两个发射位置的发光强度均快速衰减,但是衰减速率有所差异,结合位形坐标模型讨论认为,两斯塔克能级的激活能分别为ΔE1=0.078 eV和ΔE2=0.049 eV,其差异导致了二者热猝灭速率不同。分析了斯塔克分裂能级跃迁的荧光强度比(FIR)随温度的变化规律,结果显示在低温区域FIR随温度呈现线性增加,而高温区则趋于平缓。计算了样品的温度灵敏度随温度的变化,结果表明,在温度90 K时,灵敏度达到最大为0.0011 K-1。该材料对环境温度敏感性可应用于光学温度传感器。
Abstract
Er3+-doped 53ZrF4-20BaF2-4LaF3-3AlF3-20NaF-2.4PbF2 (ZBLAN) fluoride transparent glasses are prepared by the melt quenching method. The fluorescence spectra are measured for the transition of Er3+ Stark sublevels 4S3/2(1)→4I15/2 and 4S3/2(2)→4I15/2 (λ1=542 nm, λ2=548 nm) with in the temperature range of 10 K~540 K. The results show a rapid decrease in emission intensity and an obvious difference in decay rate with the temperature increase. According to the configurational coordinate, the mechanism is proposed to involve the difference of thermal quenching rate from the fitted activation energy (ΔE) of 0.078 eV and 0.049 eV for two sublevels of 4S3/2(1) and 4S3/2(2), respectively. The calculated fluorescence intensity ratio (FIR), which is corresponding to the transition of Er3+ stark sublevels 4S3/2(1)→4I15/2 and 4S3/2(2)→4I15/2, shows a linearly increase with temperature rise and then tends to flatten at high temperature region. The temperature sensitivity of sample is obtained for the maximum value of 0.0011 K-1 at the temperature of 90 K. The features in temperature sensitivity would be an application of optical temperature sensor.

冯志军, 张晓松, 周永亮, 凌志, 李梦真, 孙健, 李岚. 温度对Er3+掺杂ZBLAN透明玻璃斯塔克能级跃迁的影响[J]. 光学学报, 2013, 33(8): 0816001. Feng Zhijun, Zhang Xiaosong, Zhou Yongliang, Ling Zhi, Li Mengzhen, Sun Jian, Li Lan. Influence of Temperature on the Transition of Stark Sublevels of Er3+ Doped ZBLAN Glass[J]. Acta Optica Sinica, 2013, 33(8): 0816001.

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