Efeitos da co-dopagem de íons terras raras Sm+3 e Yb+3 nas propriedades ópticas e estruturais de matrizes vítreas GeO2-PbO

Abstract

Neste trabalho foram sintetizados vidros à base de óxidos de metais pesados (GeO2-PbO) co-dopados com os íons terras raras Sm+3 e Yb+3. Foi realizado um estudo sobre o efeito da co-dopagem nas propriedades ópticas e estruturais destes vidros em comparação com os efeitos já detalhados e estudados na literatura para o caso de dopagem com uma só terra rara. As amostras foram sintetizadas a partir de seus respectivos óxidos em pó, devidamente pesados e seguindo estequiometria pré-determinada. As propriedades térmicas, ópticas e estruturais foram investigadas através de análise térmica diferencial, espectroscopia de absorção no visível, espectroscopia de fotoluminescência, medidas de densidade pelo método de Arquimedes, difração de raios-X e medidas de índice de refração. A análise dos resultados obtidos mostrou que as matrizes vítreas apresentam boa estabilidade térmica com características estruturais amorfas. A co-dopagem dos íons terras raras Sm+3 e Yb+3 resultou em uma grande melhoria nos canais de emissão na região do infravermelho próximo em comparação com a dopagem exclusiva com Sm+3. O efeito positivo da co-dopagem mostrou-se dependente do comprimento de onda de excitação utilizado e seu respectivo canal de decaimento. Os parâmetros fenomenológicos de Judd Ofelt foram calculados e indicaram que a incorporação de Yb+3 em baixa proporção estequiométrica não altera significativamente o comportamento dos íons Sm+3 e sua relação com a matriz vítrea.

In this study heavy metal oxide (GeO2-PbO) glasses co-doped with the rare earth ions Sm+3 and Yb+3 were synthesized. A study was carried out on the effect of the co-doping on the optical and structural properties of these glasses compared to the already known and studied effects of the case with the doping of a single rare earth. The samples were synthesized from their respective powdered oxides, duly weighed following predetermined stoichiometry. The thermal, optical and structural properties were investigated through differential thermal analysis, visible absorption spectroscopy, photoluminescence spectroscopy, density measurements by the Archimedes method, X-ray diffraction and diffractive index measurements. The analysis of the obtained results showed that the vitreous matrices present good thermal stability with amorphous structural characteristics. The co-doping of the rare earth ions Sm+3 and Yb+3 resulted in a large improvement in the emission channels in the near infrared region compared to the exclusive doping with Sm+3. The positive co-doping effect showed itself dependent on the excitation wavelength used and its respective decay channel. The Judd Ofelt phenomenological parameters were calculated and indicated that the incorporation of the Yb+3 ions in low stoichiometry proportion did not significantly alter the behaviour of the Sm+3 ions and its relation with the glass matrix.