Sự hồi phục chéo (Cross - relaxation)
Khảo sát một hệ có chứa các ion Nd3+. Sự hồi phục chéo có cơ chế được minh họa như hình 3.4.
Trang 38
Luận văn Thạc sĩ - khóa K17 Học viên: Tống Hoàng Tuấn
Hình 3.4: Sự hồi phục chéo trong hệ ion Nd3+
Khi một ion Nd3+ được kích thích đến trạng thái nửa bền (metastable) 4F3/2 tương tác với một ion Nd3+ khác ở trạng thái cơ bản, ion ở trạng thái kích thích sẽ
truyền đi một phần năng lượng của nó dẫn đến kết quả: cả hai ion được chuyển về
trạng thái trung gian 4F15/2. Vì khoảng chênh lệch năng lượng giữa các mức nằm dưới 4F15/2 rất bé, hai ion ở mức kích thích 4F15/2 nhanh chóng thực hiện những dịch chuyển không bức xạđể trở về trạng thái cơ bản. Cuối cùng, toàn bộ quá trình được xem như sự chuyển đổi từ năng lượng kích thích ban đầu sang năng lượng nhiệt. Thời gian sống của trạng thái 4F3/2 sẽ ngắn đi khi sự hồi phục chéo xảy ra.
Quá trình hồi phục chéo tương ứng với quá trình suy giảm thời gian sống và không phụ thuộc vào nguồn bơm. Nó có thể xảy ra ở những cấu trúc điện tử hoặc những ion khác nhau, tuy nhiên ban đầu các ion phải ở trạng thái kích thích. Nồng
độ ion trong hệ càng cao, sự hồi phục chéo diễn ra càng dễ dàng.
Sự chuyển đổi năng lượng kết hợp (Cooperative Upconversion):
Không giống như trường hợp hệ ion Nd3+, cấu trúc điện tử của các ion Er3+ không tồn tại các mức năng lượng nằm giữa trạng thái 4I13/2 và trạng thái cơ bản. Do
đó hiện tượng hồi phục chéo không thể xảy ra.
Tuy nhiên, khi hai ion Er3+đã bị kích thích, nằm gần nhau và tương tác với nhau, một ion sẽ truyền toàn bộ năng lượng cho ion còn lại để trở về trạng thái cơ
bản và đưa ion kia đến trạng thái kích thích cao hơn. Quá trình này gọi là sự chuyển
đổi kết hợp. 4F3/2 4I15/2 4I13/2 4I11/2 4I9/2
Trang 39
Luận văn Thạc sĩ - khóa K17 Học viên: Tống Hoàng Tuấn
Trong nền thủy tinh ôxít, trạng thái 4I9/2 rất dễ bị hồi phục bởi quá trình đa phonon nên sau cùng, năng lượng được chuyển sang dạng nhiệt. Ngược lại, nếu tồn tại trong nền Fluoride, quá trình hồi phục bằng cách phát ra bức xạ từ mức 4I9/2 lại chiếm ưu thế. Vì vậy, có thể nhận thấy kết quả của sự chuyển đổi kết hợp phụ thuộc rất nhiều vào vật liệu nền. Mặt khác, nó chỉ xảy ra khi nguồn bơm có công suất lớn.
Hình 3.5: Quá trình chuyển đổi năng lượng kết hợp ở hệ ion Er3+.