CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ KHUẾCH ĐẠI QUANG
1.5. Hiện tượng phát quang chuyển đổi ngược (Up-conversion)
1.5.1. Cơ chế và vật liệu cho hiện tượng phát quang chuyển đổi ngược
Một số mơ hình của hiện tượng phát quang chuyển đổi ngược được thể hiện trong Hình 1.18. Các mức năng lượng của ion đất hiếm đã được thảo luận, cách đơn giản nhất để hiểu phát quang chuyển đổi ngược là tạo ra sự hấp thụ liên tiếp trên một ion. Trong mơ hình này, gọi là ESA được biểu diễn trong Hình 1.18 là của ion Er3+.
Hình 1.18: Các cơ chế của phát quang chuyển đổi ngược
Trong một số vật liệu phát quang pha tạp Er3+ , phát xạ màu đỏ từ mức 4F9/2 chiếm ưu thế hơn so với phát xạ màu xanh. Điều này đặc biệt trong các trường hợp vật liệu phát quang như họ oxyhalides, nơi có năng lượng phonon cao hơn so với vật liệu fluoride. Thời gian sống ở trạng thái kích thích dài hơn là một ưu điểm khi tạo ra hiện tượng phát quang chuyển đổi ngược. Việc chuyển đổi này hiệu quả trong vùng phát xạ màu xanh lá cây dưới bước sóng kích thích là 980nm cũng như 1550nm. Các tính chất của phát quang chuyển đổi ngược sẽ phụ thuộc vào yếu tố hình thái của vật liệu[27].
Hình 1.19: Thí nghiệm minh họa cho hiện tượng phát quang chuyển đổi ngược
1.5.2. Ứng dụng của hiện tượng phát quang chuyển đổi ngược
1.5.2.1. Phát hiện ánh sáng của laser diode
Phát hiện ánh sáng laser ở trong vùng bước sóng 1550nm sử dụng vật liệu phát quang pha tạp Er3+ có vai trị rất quan trọng bởi vì ở vùng bước sóng này có suy hao thấp nhất đối với sợi quang silicat trong các tuyến truyền dẫn đường dài. Như được trình bày ở trên, các vật liệu để sử dụng trong ứng dụng này thường là BaCl2:Er3+ cũng như các loại vật liệu họ fluorides.
Một số vùng bước sóng quan trọng khác trong thơng tin quang đó là 1300nm tương ứng với tán xạ thấp nhất đối với sợi quang silicate. Trong các nghiên cứu trước đây, ion Dy3+ được thêm vào các vật liệu phát quang pha tạp Er3+ để làm tâm nhạy cho Er3+, hấp thụ ánh sáng vùng 1300nm.
1.5.2.2. Làm nguồn sáng
Trước đây, các hiệu quả chuyển đổi của các thiết bị phát quang chuyển đổi ngược được phát triển bởi việc sử dụng laser diode 980nm như một nguồn kích thích và áp dụng các cấu trúc quang học hạn chế. Người ta chứng minh rằng có thể thu được hiệu suất chuyển từ ánh sáng 980 nm sang ánh sáng lục gần 4% trong thủy tinh floride chứa cả ion Er3+ và Yb3+.
Ngồi ra cịn có các báo cáo về laser chuyển đổi ngược sử dụng các tinh thể đơn thay vì các sợi dài. Chẳng hạn như CW laser với công suất 40mW tại 551nm trong LiF4:Er3+, các tinh thể này được bơm theo như cơ chế ESA như hình … sử dụng nguồn kích thích 810nm. Những nỗ lực khơng ngừng đang tiếp tục hướng tới việc tạo ra các laser chuyển đổi ngược có kích thước nhỏ và được bơm bằng laser diode.
Hình 1.20: Laser 548 nm sử dụng tinh thể LiLuF4:Er3+ [28].