Tm2O3 ve Er2O3 katkılı TeO2-GeO2 cam malzemelerin yapısal ve spektroskopik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of structural and spectroscopic properties of TeO2-GeO2 glass materials doped Tm2O3 AND Er2O3
Yazar: YASEMİN PEPE
Danışman: PROF. DR. GÖNÜL ÖZEN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Tellürit camlar düşük erime sıcaklığı, yüksek dielektrik sabiti, yüksek kırılma indisi, üçüncü dereceden lineer olmayan duygunluk ve iyi kızılötesi geçirgenlik gibi fiziksel özellikleri nedeniyle; silikat, borat ve florid camlara kıyasla lazer malzemesi olarak çok daha avantajlıdır. Ayrıca yakın morötesinden orta kızılaltı bölgeye kadar geniş bir geçirgenlik bölgesine sahiptir. Atmosferik koşullara dirençlidirler ve matris içine büyük oranda nadir toprak iyonları ile katkılanabilirler. Lazer ana cam malzemesinin en önemli özelliklerinden biri, katkılanan nadir toprak iyonlarının 4f-4f geçişlerinin zorlamasız ışıma olasılıklarıdır. Zorlamasız ışıma olasılığı, zorlamalı ışıma tesir kesiti, ışıma kuantum verimi ve fotoışıma dallanma oranları ile doğrudan bağlantılı olduğundan lazer geçişi için önemli bir parametredir. Judd-Ofelt kuramı genellikle farklı 4f-4f geçişlerinin soğurma tesir kesitlerini irdeleyerek, zorlamasız geçiş oranını içeren elektrik dipol geçiş olasılıklarının belirlenmesiyle kullanılmaktadır.Zorlamasız ışıma olasılığı, temel olarak Ωt şiddet parametreleri ile U(t) indirgenmiş matris elemanları tensör operatörlerinin çarpımlarının toplamı olarak ifade edilir. Katkılanan aktif iyon için zorlamasız ışıma olasılıklarının daha yüksek değerlerini elde etmek için, Ωt şiddet parametreleri ile ilişkili olarak en iyi kompozisyonun belirlenmesi gerekir. Bu çalışmada (90-x)TeO2-10GeO2-xEr2O3(x=0,5 ve 1.0 mol%) , (90-x) TeO2-10GeO2-x Tm2O3(x=0,5 ve 1 mol%) ve (90-x) TeO2-10GeO2-1Tm2O3-xEr2O3 (x=0.5, 1.0, 1.5, 2.0 mol%) camları oluşturularak X-ışınları spektroskopisi incelendi. Judd-Ofelt şiddet parametreleri, UV/VIS/NIR-soğurma, floresans ve yaşam süreleri deneysel olarak incelendi. Tm3+ iyonu katkılı (90-x) TeO2-10GeO2-x Tm2O3 (x=0,5 ve 1 mol%) cam malzemelerdeki tulyum iyonlarının ve Er3+ iyonu katkılı (90-x)TeO2-10GeO2-xEr2O3 (x=0,5 ve 1.0 mol%) cam malzemelerdeki erbiyum iyonlarının 4f-4f enerji seviyelerindeki kendiliğinden geçiş olasılıklarını belirlemek için, oda sıcaklığında 190-2500 nmarasında soğurma spektrumları elde edildi. Elde edilen soğurma spektrumlarına göre, Tm3+ iyonlarının, 1G4, 3F2, 3F3, 3H4, 3H5, 3F4 ve Er3+ iyonlarında 4F3/2, 4F5/2, 4F7/2, 2H11/2, 4S3/2, 4F9/2, 4I9/2, 4I11/2, 4I13/2 soğurma bantlarına sahip oldukları belirlendi. Tm3+ ve Er3+ katkılı cam malzemelerde ki kompozisyon ve konsantrasyonun ışıma bantları üzerindeki etkisi araştırıldı. Sadece  Tm3+ iyonu katkılandırılmış cam malzemedeki Tm3+ konsantrasyonu arttırıldığında ışıma şiddetinin azaldığı, sadece Er3+ iyonu katkılandırılmış cam malzemedeki Er3+ konsantrasyonu arttırıldığında ışıma şiddetinin arttığı görülmüştür. XRD sonuçları malzemenin cam olduğunu göstermiştir.

Abstract:
Tellürite glasses, compared with silicate, borate and fluoride glasses, have more advantages as laser hosts due to their superior physical properties such as low melting temperature, high dielectric constant, high refractive index, large third order non-lineer susceptibility and good infrared transmissivity. Furthermore, they present large transparency from the near ultraviolet to the middle infrared region. They are resistant to atmospheric moisture and capable of incorpareting large concentrations of rare-earth ions into the matrix. Spontaneous emission probability of the laser transition is an important parameter because it is directly related to the stimulated emission cross-section, radiative quantum efficiency, and fluorescence branching ratio. The Judd-Ofelt theory is usually used to determibe the electric dipole transition probabilities including the spontaneous decay rate by utilising the absorption cross-sections of several 4f-4f transitions. The spontaneous emission probability is affected mainly by the sum of products of intensity parameters, Ωt (t=2,4,6) and doubly reduced matrix elements of tensor operators, U(t). optimision of the glass composition with respect to the intensity parameters, Ωt, is desirable to obtain higher values of the spontaneous emission probabilities for the appropriate active ions. In this work, (90-x)TeO2-10GeO2-xEr2O3 (mol%) (x=0,5 and 1.0 mol%) , (90-x) TeO2-10GeO2-x Tm2O3 (mol%) (x=0,5 and 1 mol%) ve (90-x) TeO2-10GeO2-1Tm2O3-xEr2O3 (mol%) (x=0.5, 1.0, 1.5, 2.0 mol%) glasses were synthesised and investigated XRD measurements. In addition, Judd-Ofelt intensity parameters, transition probabilities of the radiative and non-radiative, absorption spectrum in the UV/VIS/NIR region, florescence and life time spectrum were examined for the Tm3+ and Er3+ doped tellürite glasses. The absorption measurements were made to determine the spontaneous emission probabilities of the 4f-4f transion of the Tm3+ ions for the (90-x) TeO2-10GeO2-x Tm2O3 (mol%) (x=0,5 and 1 mol%) glasses and Er3+ ions for the (90-x)TeO2-10GeO2-xEr2O3 (mol%) (x=0,5 ve 1.0 mol%) glasses with a spectrophotometer in the 190-2500 nm. Related with absorption measurements, 1G4, 3F2, 3F3, 3H4, 3H5, 3F4 levels were found for Tm3+ ions and 4F3/2, 4F5/2, 4F7/2, 2H11/2, 4S3/2, 4F9/2, 4I9/2, 4I11/2, 4I13/2 levels were found for Er3+ ions. Tm3+ and Er3+ -doped tellürite glasses of composition and concentrations effect on the emission bands were investigated. According to the luminescence measurements, the intensity increases with the increasing Er3+ concentration for (90-x)TeO2-10GeO2-xEr2O3 (mol%) (x=0,5 ve 1.0 mol%) glasses and the intensity increases with the decreasing Tm3+ concentration for (90-x) TeO2-10GeO2-x Tm2O3 (mol%) (x=0,5 and 1 mol%) glasses. The XRD showed that the glasses has an amorphous structure.