Operação e caracterização de lasers para estudos de fenômenos lineares e não- lineares acerca dos processos envolvendo avalanche de fótons

Operação e caracterização de lasers para estudos de fenômenos lineares e não-lineares acerca dos processos envolvendo avalanche de fótons

Autor(a)
Silva, Rodrigo Ferreira da.
<rodrigo.ferreira@arapiraca.ufal.br>
Ano de publicação
2022
Data da defesa
15/07/2022
Curso/Outros
Física
Número de folhas
63
Tipo
TCC - Trabalho de Conclusão de Curso
Local
UFAL, Campus Arapiraca, Unidade Educacional ARAPIRACA
Resumo

Íons terras-raras trivalentes têm demonstrado serem extremamente eficientes na absorção e emissão de diversos comprimentos de onda. Isto porque os elétrons opticamente ativos não são os mais externos e, assim, enfraquece o vínculo dos íons quando dopado em um material hospedeiro, devido a um processo denominado contração lantanídica. Neste texto vai ser mostrado a eficiência fluorescente do Nd3+ (neodímio) em nanopartículas de NdAl3(BO3)4 sob uma excitação (~1064 nm) não-ressonante do estado fundamental para o nível 4F3/2. Mesmo com uma excitação não-ressonante foram observadas intensidades acentuadas no espectro fotoluminescente da amostra estequiométrica e com diferentes concentrações, o que é explicado pelo mecanismo de avalanche de fótons (AF) que favoreceu de forma bastante eficiente a população do nível 4F3/2 juntamente com aniquilação de fônons para inicialmente popular o nível 4F3/2. Na interação entre um íon excitado (4F3/2) e outro no estado fundamental (4I9/2), o íon excitado transfere parte da energia para o outro no estado fundamental de tal forma que o primeiro relaxa do nível 4F3/2 para o 4I15/2 e o segundo é excitado do 4I9/2 para 4I15/2. No final desse processo, ambos os íons são promovidos para o nível 4I15/2. Devido à proximidade com os níveis inferiores, esses íons relaxam não-radiativamente para os níveis 4I13/2 e 4I11/2. Uma vez nesse nível, os íons podem absorver radiação do feixe de excitação que é ressonante com a transição 4I11/2 à 4F3/2. Dessa forma, um íon inicialmente excitado no nível 4F3/2 de forma não-ressonante leva a dois íons nesse estado depois da sequência de eventos: transferência de energia; relaxações não-radiativas; absorção de estado excitado ressonante. Os dois íons no nível 4F3/2 podem transferir energia para dois vizinhos no estado fundamental e levar quatro íons para o nível 4F3/2. A repetição desse conjunto de eventos leva a uma excitação que segue uma progressão geométrica de íons excitados. Com grandes números de íons no nível 4F3/2 podemos observar transições que caracterizam conversão ascendente de energia (UC) ao longo do espectro fotoluminescente. Além do mecanismo de AF foi investigado como a concentração de íons de Nd3+ influência no mecanismo de AF. Os resultados desse projeto estão publicados no periódico Applied Physics Letters e além disso mais dois trabalhos já foram publicados nos periódicos Journal of Luminescence e Laser Physics Letters com títulos de “Photon-avalanche-like upconversion in NdAl3(BO3)4 nanoparticles excited at 1064nm” e “Gain clamping in random lasers”, respectivamente. 

Abstract

Trivalent earth ions have been shown to be efficient in emitting different wavelengths. This is because the optically active electrons are no longer external and thus weaken the bond of ions when doped into a material host, due to a process called lanthanide contraction. In this text we will show an increase in efficiency (Nd3+ fluorescence) in NAl3(BO3)4 nanoparticles under an excitation (~1064 nm) non-resonant state from the ground to the 4F3/2 level. Even with not quite efficient excitation (AF) that favored the 4F3/2 level with a stoichiometric sample and with great impact (AF) that favored the 4F3/2 level with a 4F3/2 sample level. phonon annihilation to initially level 4F3/2. In the interaction between an excited ion (4F3/2) and another in the ground state (4I9/2), the excited ion transfers part of the energy to the other in the ground state in such a way that the first one relaxes from the 4F3/2 level to the 4I15/2 and the second is excited from 4I9/2 to 4I15/2. At the end of this process, both ions are promoted to the 4I15/2 level. Due to the proximity to the lower levels, these ions relax non-radiatively to the 4I13/2 and 4I11/2 levels. Once at this level, the ions can absorb radiation from the excitation beam that is resonant with the 4I11/2 to 4F3/2 transition. Thus, an ion initially excited at the 4F3/2 level in a non-resonant manner leads to two ions in this state after the sequence of events: energy transfer; non-radiative relaxations; resonant excited state absorption. The two ions at the 4F3/2 level can transfer energy to two neighbors in the ground state and take four ions into the 4F3/2 level. The repetition of this set of events leads to an excitation that follows a geometric progression of excited ions.With large numbers of ions at the 4F3/2 level we can observe transitions that characterize energy upconversion (UC) along the photoluminescent spectrum. In addition to the FA mechanism, it was investigated how the concentration of Nd3+ ions influences the FA mechanism. The results of this project are published in the journal Applied Physics Letters and two more works have already been published in the journals Journal of Luminescence and Laser Physics Letters with titles of “Photon-avalanche-like upconversion in NdAl3(BO3)4 nanoparticles excited at 1064nm” and “Gain clamping in random lasers” respectively.

Orientador(a)
Dr. Moura, André de Lima.
Banca Examinadora
Dr. Albuquerque, Samuel Silva de.
Dr. Silva, Willamys Cristiano Soares.
Palavras-chave
Avalanche de fótons.
Excitação não-convencional.
Energia - Conversão ascendente.
Áreas do Conhecimento/Localização
Coleção Propriedade Intelectual (CPI) - BSCA.
Categorias CNPQ
1.00.00.00-3 Ciências exatas e da terra.
Visualizações
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Observações


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