Nhưđã biết là phát xạ của erbium là nhân tố “chìa khoá” để tạo ra sự khuyếch đại trong các sợi silica, và ngày nay, các khuyếch đại sợi dựa trên thuỷ tinh silica pha tạp erbium đã được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp viễn thông [7,8]. Tuy nhiên, sự kết hợp giữa silic và erbium là quan điểm dường như rất quyến rũ. Đây là một điều cơ bản hiểu được, vì vậy sự kết hợp của tinh thể photonic với vùng cấm quang (PBG) + Er:Si (hoặc SiO2) là đặc biệt hứa hẹn. Do vậy, chúng tôi đã thử kết hợp đưa erbium
vào tinh thể photonic chế tạo để nghiên cứu tính chất phát xạ của chúng trong cấu trúc trật tự.
Từ các hạt hình cầu SiO2 với đường kính từ ~ 300 - 400 nm , được nuôi bằng phương pháp ướt, bằng cách dùng TEOS, ethanol, ammoniac và nuớc, chúng tôi đã đưa thêm một lượng thích hợp erbium ở dạng erbium clorua, với nồng độ 0,65% mol tính theo SiO2. Các hạt hình cầu này sau đó được đem dùng để chế tạo tinh thể photonic bằng các phương pháp như đã viết ở trên. Trong các tinh thể photonic như thế, hằng số điện môi thể hiện tính tuần hoàn theo chu kỳ. Nếu chiều dài của chu kỳ này thay đổi và so sánh được với các bước sóng vùng nhìn thấy vùng hoặc hồng ngoại gần, cấu trúc đó có thể phản xạ Bragg ánh sáng, dẫn đến các tính chất quang thú vị. Các tính chất như thế của một tinh thể photonic có thểđược nghiên cứu bằng cách đặt một đầu dò (probe) phát huỳnh quang ở bên trong tinh thể [12]. Ví dụ, các hình cầu được cấy các ion đất hiếm phát huỳnh quang có thểđược dùng để nghiên cứu các tinh thể photonic trong không gian thực với kính hiển vi confocal. Erbium cấy trong hình cầu SiO2 sẽ có các dịch chuyển vạch hẹp và có thể dùng như một đầu dò trong các tinh thể photonic [12]. Chúng tôi hy vọng là sẽ ghi được các phát xạ tương ứng với dịch chuyển 4I13/2→4I15/2 của Er3+ trong SiO2 tại 1,5 µm. Các hạt silica pha tạp erbium được tổng hợp như vậy là có thểđược sử dụng làm các đầu dò quang học trong các tinh thể photonic với vùng cấm quang nằm ở xung quanh bước song quan trọng sử dụng trong viễn thô ng tại 1,5 µm [12].
Phần dưới đây trình bầy một vài dịch chuyển điện tử giữ các mức năng lượng, tương ứng với quá trình hấp thụ và phát xạ của ion erbium, thường hay gặp trong thực tế.
Hình 13. Một số dịch chuyển điện tử giữa các mức năng lượng tương ứng với quá trình hấp thụ và phát xạ của ion erbium.
Chương 2