Để tìm hiểu về thời gian sống của ion ở các mức năng lượng khác nhau sau quá trình kích thích, chúng tôi đã thực hiện các bước như sau:
Khảo sát thời gian sống của Tb3+: 5D4 bằng hai nguồn kích thích 488 nm (laser Ar+) và 974 nm (laser diode) có công suất như nhau 180 mW. Trong đó, nguồn kích thích 974 nm (laser diode) chỉ sử dụng cho các mẫu
đồng pha tạp Tb3+-Yb3+.
Khảo sát thời gian sống của Yb3+: 2F5/2 bằng nguồn laser diode 974 nm có công suất nguồn 180 mW.
Hình 6.10 cho thấy, thời gian sống của Tb3+: 5D4 ở các mẫu chỉ pha tạp Tb3+
và các mẫu pha tạp Tb3+-Yb3+ khi kích thích bằng laser Ar+ (488 nm) gần như giống nhau, nằm trong khoảng 2.6~2.7 ms. Chúng lớn hơn một ít so với khi kích thích bằng nguồn laser hồng ngoại 974 nm, nhất là khi nồng độ pha tạp Tb3+ nhỏ dưới 1 %mol.
Trang 66
Luận văn Thạc sĩ - khóa K17 Học viên: Tống Hoàng Tuấn
Hình 6.10: Thời gian sống của Tb3+: 5D4 với nguồn kích thích 488 nm (laser Ar+) ở
các mẫu NaGdF4 chỉ pha tạp Tb3+ và các mẫu pha tạp Tb3+-Yb3+.
Hình 6.11: Thời gian sống của Tb3+: 5D4 và Yb3+: 2F5/2 với nguồn kích thích 974 nm (laser diode) ở các mẫu pha tạp Tb3+-Yb3+.
Ở hình 6.11, thời gian sống của các ion có sự phụ thuộc vào nồng độ khi sử
dụng nguồn kích thích laser hồng ngoại 974 nm để tạo hiệu ứng trao đổi năng lượng cho các mẫu đồng pha tạp Tb3+-Yb3+. Thời gian sống của ion Tb3+ở trạng thái 5D4
Trang 67
Luận văn Thạc sĩ - khóa K17 Học viên: Tống Hoàng Tuấn
khi nồng độ pha tạp tăng ( 2.514 ms tại 5 %mol Tb3+). Ngược lại, thời gian sống của Yb3+ở trạng thái 2F5/2 giảm dần khi tăng nồng độ Tb3+ trong mẫu
Để giải thích, chúng tôi cho rằng có thể xảy ra các cơ chế sau:
Đối với ion Yb3+: thời gian sống của Yb3+: 2F5/2 giảm khi nồng độ Tb3+ pha tạp tăng là do quá trình truyền năng lượng để kích thích các ion Tb3+đến các mức năng lượng cao 7F. Nếu kết hợp với sự gia tăng cường độ của các dịch chuyển xuất phát từ Tb3+:5D4 ở phổ phát quang ở hình 6.8, ta có thể nhận thấy quá trình truyền năng lượng xảy ra chủ yếu để kích thích Tb3+ lên trạng thái 5D4. Quá trình này xảy ra dễ dàng nguyên nhân là do mức năng lượng Tb3+:5D4 gần đúng gấp đôi so với Yb3+:2F5/2. [21].
Đối với ion Tb3+: có thể xảy ra các hiện tượng sau:
a/ Hiện tượng trao đổi ngược: Các ion Tb3+ sau khi đã bị kích thích không phát ra bức xạ mà truyền năng lượng ngược lại để kích thích các ion Yb3+ở trạng thái cân bằng đến trạng thái cao hơn 2F5/2
b/ Hiện tượng tự suy giảm: tương tự hiện tượng trao đổi ngược nhưng thay vì các ion Yb3+, các ion Tb3+ khác ở mức cơ bản sẽ bị kích thích đến các mức năng lượng
7FJ cao hơn. [21]
c/ Các hiện tượng hấp thụ bởi phonon: nhưđã được phân tích ở mục 3.3 và 3.4 Các hiện tượng nêu trên có thể chiếm ưu thế khi nồng độ Tb3+ trong mẫu thấp. Kết quả, làm cho thời gian sống ở mức 5D4 của các mẫu có nồng độ pha tạp Tb3+ ít ( 0,1 %mol hoặc 0.2 %mol) bé hơn nhiều so với khi nồng độ pha tạp lớn hơn 1 %mol. Một yếu tố khác có thể thu được từ hình 6.11: ở nồng độ pha tạp 5 %mol Tb3+, hiện tượng suy giảm thời gian sống do nồng độ pha tạp cao chưa xảy ra.