Eu+3 katkılı borat camlarının optik ve lüminesans özelliklerinin fotonik uygulamalar açısından araştırılması
Investigation of optical and luminescence properties of Eu3+ doped borate glasses for photonic applications
Yazar: ATILAY GÜNGÖR
Danışman: DOÇ. DR. AYTAÇ GÜRHAN GÖKÇE
Aydın Adnan Menderes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Günümüzde katıhal lazerler, optik dedektörler, ışık yayan diyotlar (LED), renkli ekranlar, güneş pilleri gibi önemli uygulama alanlarına sahip nadir toprak iyonları katkılı cam malzemelerin tasarımı ve geliştirilmesi büyük önem kazanmıştır. İlerleyen fotonik teknolojisi ile bu alanların ihtiyaç duyduğu optimum özelliklere sahip malzemeler ve bunların yapısal, optik ve lüminesans özellikleri üzerine araştırmalar giderek artmaktadır. Nadir toprak iyonu katkılı cam malzemeler arasında evropiyum katkılı olanlar, yalın enerji seviyeleri, dar yayınlanma bandları, duyarlı kırmızı renkteki yayınlanmaları ve uzun bozunma zamanları gibi özellikleri nedeniyle optik aygıtlar için en uygun malzemelerdendir. Oksit cam ailesinde yer alan ve güçlü cam yapıcı özelliği başta olmak üzere, üretimindeki kolaylık, yüksek geçirgenlik ve yüksek miktarda nadir toprak iyonu katkısının yapılabilmesi gibi özelliklerinden dolayı öne çıkan borat (B2O3) camları, bu çalışmada ana cam matrisi olarak seçilmiştir. Bi2O3, Al2O3 ve Li2O eklenerek elde edilen (65-x)B2O3-10Bi2O3-15Li2O-10Al2O3-xEu2O3 (% mol) kompozisyonuna sahip malzemeler eritme-tavlama yöntemiyle sentezlenmiştir. Malzemelerin yapısal, optik ve lüminesans özellikleri X-ışını toz kırınımı, Fourier dönüşümlü kırmızıaltı, soğurma, geçirgenlik, fotolüminesans, bozunma zamanı ve renk koordinat ölçümleri ile belirlenmiştir. Geçiş olasılıkları, bozunma zamanları, dallanma oranı ve yayınlanma tesir kesiti gibi önemli ışıma özellikleri Judd-Ofelt teorisi ışığında hesaplanmıştır. Örneklerin kırmızı LED ve kırmızı lazerler gibi fotonik uygulamalarda kullanılabilirliği araştırılmıştır.

Abstract:
Nowadays the design and development of rare earth ion doped glass materials have come into prominence due to important application areas such as solid-state lasers, optic detectors, light emitting diodes (LED), color displays, solar cells. Research focus on the materials which have required optimum structural, optical and luminescence features for the advancing photonics technologies have been gradually increase. Among the rare earth ions doped glasses europium doped ones are the most suitable materials for optical devices due to their simple energy level structure, narrow emission band, sensitive red emission and longer decay times. In this study, borate (B2O3) glasses which are member of oxide glass family were chosen as host matrix depending on their strong glass forming ability, ease of shaping, high transparency, and high rare earth ion solution capacity. With the addition of Bi2O3, Al2O3 and Li2O the glass materials with composition of        (65-x)B2O3-10Bi2O3-15Li2O-10Al2O3-xEu2O3 (% mol) have been synthesized by melt quenching method. The structural, optical and luminescence properties of studied materials were determined by X-ray diffraction, Fourier Transformed Infrared, absorption, transmission, photoluminescence, decay time and color coordinate measurements. Based on Judd-Ofelt theory, radiative properties including transition probabilities, radiative decay times, branching ratio and emission cross section were calculated. The utility of the titled materials in photonics application such as red LED and red lasers was investigated.