Bảng 3.8. Các thông số phát xạ của chuyển dời 5D4→5F5 của ion Tb3+ trong thuỷ tinh tellurite.
Nền βexp Δλeff σλp σλp×Δλeff σλp×τcal TL
50TeO2.30B2O3.10Al2O3.10K2O.1,0TbF3 59.62 13.87 10.25 14,22 20.52 LV
40TeO2.40B2O3.10Al2O3.10K2O.1,0TbF3 61.55 14.12 10.98 15,50 22.09 LV
30TeO2.50B2O3.10Al2O3.10K2O.1,0TbF3 63.35 14.25 11,32 16,13 21,97 LV
20PbO.5BaO.5ZnO.10LiF.59B2O3.1,0Tb2O3 60,00 11,83 17,83 21.10 31.40 [5]
59.5B2O3.10TeO2.10Al2O3.20Li2O.0.5Tb2O3 60.72 13.05 10.12 13.99 27.38 [7]
30PbF2.30TeO2.39H3BO3.1Tb4O7 49.00 18.42 8.06 14.85 6.04 [23]
59B2O3.40SiO2.NaO2:1Tb2O3 52.72 10.07 4.99 5.03 24.40 [29]
Để nhận định khả năng ứng dụng của vật liệu quang học, chúng ta cần tính các thông số quang học đặc trưng có quá trình phát xạ của ion RE3+, bao gồm: Xác suất chuyển dời tổng cộng từ mức kích thích (AT), tỉ số phân nhánh của một chuyển dời phát xạ (β), thời gian sống (τTT), tiết diện phát xạ cưỡng bức của một chuyển dời (σλ). Một chuyển dời quang học có triển vọng ứng dụng trong laser và khuếch đại quang nếu tỉ số phân nhánh thực nghiệm của nó lớn hơn 50% [11]. Đại lượng này được tính bằng tỉ số giữa diện tích của một dải phát xạ với tổng diện tích của các dải. Với các mẫu nghiên cứu, thỉ số phân nhánh của chuyển dời 5D4→7F5 (542,5 nm) là lớn nhất
và nhận giá trị xung quang 60 % cho tất cả các mẫu (xem bảng 3.8). Vì lý do này, chúng tôi tiến hành tính các thông số phát xạ cho chuyển dời 5D4→7F5 trong tất cả các mẫu. Các thông số được tính toán bao gồm: Độ rộng vạch hiệu dụng (Δλeff, nm), tiết diện phát xạ cưỡng bức (σλp, 10-22 cm2), thông số khuếch đại dải rộng (σλp×Δλeff, 10-28 cm3) và thông số khuếch đại quang (σλp×τcal, 10-25 cm2.s). Các kết quả tính toán được trình bày trong bảng 3.8 cùng với một số kết quả được sưu tầm từ các công bố về Tb3+.
Số liệu trong bảng 3.7 và 3.8 chỉ ra rằng các thông số phát xạ của chuyển dời
5D4→5F5 của ion Tb3+ trong thuỷ tinh tellurite thấp hơn so với các thông số tương ứng trong thuỷ tinh alkali-alumino-telluroborate [5] nhưng lớn hơn hoặc tương đương với các thông số tương ứng trong các thuỷ tinh khác [7,23,29]. Giá trị lớn của các thông số phát xạ của chuyển dời 5D4→5F5 cùng với hiệu suất lượng tử cao chỉ ra triển vọng ứng dụng trong lĩnh vực khuếch đại quang của thuỷ tinh tellurite pha tạp ion Tb3+.
KẾT LUẬN
Đề tài “Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang của thuỷ tinh tellurite pha tạp ion Tb3+” Chúng tôi đã thu được một số kết quả mới như sau:
1. Chế tạo thành công thủy tinh tellurite pha tạp ion Tb3+ bằng phương pháp nóng chảy. Ảnh XRD chỉ ra vật liệu này có cấu trúc vô định hình. Phổ FTIR và Raman chỉ ra rằng mạng thủy tinh được xây dựng từ các nhóm cấu trúc đặc trưng của mạng B2O3 và TeO2.
2. Đo được các phổ quang học của Tb3+ trong thủy tinh tellurite. Xây dựng giản đồ một số mức năng lượng điện tử 4f8 của Tb3+. Xác định được dạng liên kết của Tb3+– ligand trong vật liệu nghiên cứu là liên kết cộng hoá trị.
3. Tính được các thông số cường độ Ωλ và các thông số quang học của các mẫu. Sự tăng của Ω2 và Ω6 theo sự tăng của nồng độ B2O3 chỉ ra rằng độ bất đối xứng ligand tawmg và độ cứng của môi trường xung quanh ion Tb3+ giảm với sự tăng của nồng độ B2O3.
4. Tính được các thông số phát xạ σ, β, σ… của Tb3+. Các thông số phát xạ của chuyển dời 5D4→7F5 lớn hơn so với các chuyển dời còn lại. Các thông số này tăng theo sự tăng của của nồng độ B2O3.
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN
1. Phan Van Do, Pham Thi Xuan, Do Lam Duan, Nguyen Dang Tam, Nguyen Xuan Ca, Luong Duy Thanh, Vu Phi Tuyen, Invenstigation on luminescence
quenching of Sm3+ ions doped KYF4 polycrystaline using dexter model, Hội nghị
Vật lý Kỹ thuật, Thái Nguyên 2019, ISBN: 978-604-913-232-2, 193-199.
2. Điều khiển cộng hưởng plasmonic bằng nano hợp kim bạc/vàng Phạm Thị Thu
Hà, Vương Hồng Hạnh, Võ Hoàng An, Phạm Thị Xuân, Nguyễn Đắc Diện, Vũ Xuân Hòa* Trường Đại học Khoa học - ĐH Thái Nguyên Hội nghị Quang học quang phổ toàn quốc lần thứ 11, Tp. Hòa Bình, tháng 11/2020.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] S. Ye, F. Xiao, Y.X. Pan, Y.Y. Ma, Q.Y. Zhang, Phosphors in phosphor-converted
white light-emitting diodes: Recent advances in materials, techniques and properties, Materials Science and Engineering R 71 (2010) 1–34.
[2] J. Xue, X. Wang, J.H. Jeong, X. Yan, Spectrum and Energy transfer in Bi3+-Ren+ (n =
2, 3, 4) co-doped phosphors studies for extended optical applications, Phys. Chem. Chem. Phys. 20 (2018) 11516.
[3] T.O. Sales, R.J. Amjad, C. Jacinto, M.R. Dousti, Concentration dependent
luminescence and cross relaxation energy transfers in Tb3+ doped fluoroborate glasses, J. Lumin. 205 (2019) 282-286.
[4] C. Zuo, Z. Zhou, L. Zhu, A. Xiao, Y. Chen, X. Zhang, Y. Zhuang, X. Li, Q. Ge,
Luminescence properties of Tb3+ -doped borosilicate scintillating glass under UV excitation, Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 147 (2015) 324–327.
[5] G.R. Dillip, C.M.Reddy, M. Rajesh, S. Chaurasia, B.D.P. Raju, S.W. Joo, Green
fluorescence of terbium ions in lithium fluoroborate glasses for fibre lasers and display devices, Bull. Mater. Sci., 39 (2016) 711–717.
[6] P. Loiko, A. Volokitina, X. Mateos, E. Dunina, A. Kornienko, E. Vilejshikova, M.
Aguil, F. Díaz, Spectroscopy of Tb3+ ions in monoclinic KLu(WO4)2 crystal
application of an intermediate configuration interaction theory, Opt. Mater 78 (2018) 495-501.
[7] V.X. Quang, P.V. Do, N.X.Ca, L.D. Thanh, V.P. Tuyen, P.M. Tan, V.X. Hoa, N.T.
Hien, Role of modifier ion radius in luminescence enhancement from 5D4 level of Tb3+
ion doped alkali-alumino-telluroborate glasses, J. Lumin. 221 (2020) 117039.
[8] V.P. Tuyen, V.X. Quang, N. M. Khaidukov, L.D. Thanh, N. X. Ca, N.V. Hao, N.V.
Nghia, P.V. Do, K2YF5:Tb3+ single crystal: An in-depth study of spectroscopic
properties, energy transfer and quantum cutting, Opt. Mater. 106 (2020) 109939
[9] A. Mori, Y. Ohishi, S. Sudo, Erbium-doped tellurite glass fibre laser and amplifier,
Electron. Lett. 33 (1997) 863-864.
[10] Phan Văn Độ, Nghiên cứu tính chất quang của ion đất hiếm Sm3+ và Dy3+ trong một
số vật liệu quang học họ florua và oxit, Luận án tiến sĩ (2016), Học Viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn Lâm Khoa Học Việt Nam.
[11] D.V. Phan, V.X. Quang, H.V. Tuyen, T. Ngoc, V.P. Tuyen, L.D. Thanh, N.X. Ca, N.T.
Hien, Structure, optical properties and energy transfer in potassium-
aluminoborotellurite glasses doped with Eu3+ ions, J. Lumin. 216 (2019) 116748.
[12] K.J. Rao, (2002) Structural Chemistry of Glasses, Elsevier Science Ltd. Oxford.
[13] J.S. Wang, E.M. Vogel, E. Snitzer, Tellurite glass: a new candidate for fiber devices,
Opt. Mater. 3 (1994) 187-203.
[14] L. Neindre, S. Jiang, B. Hwang, Effect of relative alkali content on absorption
[15] G.W. Brady, X-Ray Study of Tellurium Oxide Glass, J. Chem. Phys 24 (1956) 477- 477.
[16] S.Rada, M. Culea, E. Culea, Gadolinium-environment in borate-tellurate glass ceramics
studied by FTIR and EPR spectroscopy, J. Non-Cryst. Solids 354 (2008) 5491.
[17] K. Maheshvaran., K. Linganna., K. Marimuthu, Composition dependent structural
and optical properties of Sm3+ doped boro-tellurite glasses, Journal of Luminescence 131 (2011), 2746-2753.
[18] B.M. Walsh (2006) Judd-Ofelt theory: principles and practices. In: Di Bartolo B.,
Forte O. (eds) Advances in Spectroscopy for Lasers and Sensing. Springer, Dordrecht, doi.org/10.1007/1-4020-4789-4_21.
[19] Vũ Xuân Quang, (2012), Lý thuyết Judd-Ofelt và Quang phổ của các vật liệu chứa
Đất hiếm, Danang-ICSA, 52-72.
[20] W.T. Carnall, P.R. Fields, K. Rajnak, Electronic Energy Levels in the Trivalent
Lanthanide Aquo Ions Pr3+, Nd3+, Pm3+, Sm3+, Dy3+, Ho3+, Er3+ and Tm3+, J. Chem.
Phys 49 (1968) 4424-4441.
[21] G.S. Ofelt, Intensities of crystal spectra of rare earth ions, J. Chem. Phys, 37 (1962)
511-520.
[22] B.R. Judd, Optical Absorption intensities of rare earth ions. Phys. Rev,127 (1962)
750-761.
[23] B.C. Jamalaiah, M.V.V. Kumar, K.R. Gopal, Investigation on luminescence and
energy transfer in Tb3+-doped lead telluroborate glasses, Physica B 406 (2011) 2871–
2875..
[24] Sd.Z.A. Ahamed, C.M. Reddy, B.D.P. Raju, Structural, thermal and optical
investigations of Dy3+ doped containing lithium fluoroborate glasses for simulation white light, Opt. Mater. 35 (2013) 1385-1394.
[25] W.T. Carnall, P.R. Fields, K. Rajnak, (1968), Electronic Energy Levels in the Trivalent
Lanthanide Aquo Ions. III. Tb3+, J. Chem. Phys. 49 (1968) 4447-4449
[26] V. Uma, M. Vijayakumar, K. Marimuthu, G. Muralidharan, Luminescence and
energy transfer studies on Sm3+/Tb3+ co-doped telluroborate glasses for WLED applications, J. Mol. Struct. 1151 (2018) 266-276.
[27] K.P. Mani, G. Vimal, P.R. Biju, C. Joseph, N.V. Unnikrishnan, M.A. Ittyachen,
Structural and spectral investigation of terbium molybdate nanophosphor, Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 148 (2015) 412–419.
[28] V. Vasiliev, E.G. Villora, Y. Sugahara, K. Shimamura, Judd-Ofelt analysis and
emission quantum efficiency of Tb-fluoride single crystals: LiTbF4 and
Tb0.81CaO0.19F2.81, Journal Applied Physics 113 (2013) 203508.
[29] T. Yamashita, Y. Ohishi, Concentration and temperature effects on the spectroscopic