Luminiscences procesi ar Er3+ aktivētā NaLaF4

Abstract

Darbs ir veltīts ar Er3+ aktivēta NaLaF4 materiāla spektroskopiskiem pētījumiem, kas ir perspektīvs materiāls augšup-pārveidotās luminiscences iegūšanai. Augšup-pārveidotajā luminiscencē fotonus ar mazāku enerģiju (parasti infrasarkanā starojuma) pārveido par fotoniem ar lielāku enerģiju (redzamo un ultravioleto starojumu). NaLaF4:Er3+ luminiscences spektrā novēro Er3+ raksturīgās luminiscences joslas ar dominējošo zaļo luminiscences joslu (4S3/2→4I15/2, 540 nm). Palielinoties Er3+ koncentrācijai (0.1 – 10 mol%), zaļai luminiscences joslai novēro koncentrācijas dzēšana, ko saista ar mijiedarbības procesiem starp Er3+. Luminiscences spektru un kinētikas pētījumi parāda, ka augšup-pārveidoto zaļo luminiscenci ierosina divi procesi: ierosinātā stāvokļa absorbcija un enerģijas pārdeve. Šo procesu ieguldījums zaļās augšup-pārveidotās luminiscences ierosināšanā ir atkarīgs no ierosmes starojuma viļņa garuma. Luminiscences spektru un spektru kinētiku mērījumi ar dažādiem ierosmes starojuma viļņa garumiem (482 – 490 nm) zemajās temperatūrās (15 K) apstiprina, ka Er3+ var iebūvēties vairākās neekvivalentās vietās NaLaF4 kristāliskajā struktūrā un starp Er3+ šajās vietās notiek enerģijas pārdeve. Augšup-pārveidotās luminiscences spektrs zemajā temperatūrā (15 K) un istabas temperatūrā (300 K) ir superpozīcija no Er3+ luminiscences spektriem, kuri rodas Er3+ atrodoties dažādās pozīcijās NaLaF4 kristāliskajā struktūrā. No spektroskopiskajiem mērījumiem, kas veikti dažādās temperatūrās (15 – 300 K), var secināt, ka Er3+ mijiedarbības procesos, kas izsauc zaļās luminiscences koncentrācijas dzēšanu, bez 4S3/2 stāvokļa ir iesaistīts arī tuvu esošais 2H11/2 stāvoklis. Atslēgvārdi: luminiscence, augšup-pārveidotā luminiscence, NaLaF4, luminiscences spektru kinētikas, vietas jutīgā spektroskopija.

This Thesis is dedicated to the spectroscopic studies of Er3+ doped NaLaF4, which is a promising material for obtaining up-conversion luminescence. During the process of up-conversion, the photons with lower energy (usually – infrared radiation) are converted to the photons with higher energy (visible and ultraviolet radiation). In the NaLaF4:Er3+ luminescence spectrum, Er3+ characteristic luminescence bands with a dominant green luminescence band (4S3/2→4I15/2, 540 nm) can be observed. As Er3+ concentration increases (0.1 – 10 mol%), concentration quenching is observed for the green luminescence band, which is associated with interaction processes between Er3+. The studies of luminescence spectra and kinetics show that up-conversion luminescence is excited by two processes: excited state absorption and energy transfer. The contribution of these processes to the excitation of green up-conversion luminescence depends on the excitation wavelength. Analysis of the measured luminescence spectra and luminescence decay kinetics at different excitation wavelengths (482 – 490 nm) at low temperatures (15 K) confirm that Er3+ can incorporate into several non-equivalent sites in crystal structure of NaLaF4. It is shown that energy transfer occurs between Er3+ located in non-equivalent sites. Up-conversion luminescence spectrum is a superposition of Er3+ luminescence spectra appearing as Er3+ occupies different positions at the crystalline structure of NaLaF4. Spectroscopic data obtained at different temperatures (15 – 300 K) allow to conclude that apart from 4S3/2 state, an adjacent 2H11/2 state is also involved in Er3+ interaction processes leading to the concentration quenching for the green luminescence. Key words: luminescence, up-conversion luminescence, NaLaF4, time resolved spectroscopy, site-selective spectroscopy.