Tulyum İyonu İle Katkılanmış Tellüryum Tungsten Oksit Camların Optik Özellikleri, Termal Analizi Ve Mikroyapı Karakterizasyonu

Abstract

Telürit camlar silikat, borat ve florid camlara kıyasla lazer ana malzemesi olarak birçok avantaja ve düşük ergime sıcaklığı, yüksek dielektrik sabiti, yüksek kırılma indisi, üçüncü dereceden lineer olmayan duygunluk ve iyi kızılötesi geçirgenlik gibi fiziksel özelliklere sahiptir. Ayrıca yakın morötesinden orta kızılaltı bölgeye kadar geniş bir geçirgenlik bölgesine sahiptirler. Atmosferik koşullara dirençlidirler ve büyük oranda nadir toprak iyonları ile katkılanabilirler.Lazer ana cam malzemesinin en önemli özelliklerinden biri, katkılanan nadir toprak iyonlarının 4f-4f geçişlerinin zorlamasız ışıma olasılıklarıdır. Zorlamasız ışıma olasılığı, zorlamalı ışıma tesir kesiti, ışıma kuantum verimi ve fotoışıma dallanma oranları ile doğrudan bağlantılı olduğundan lazer geçişi için çok önemli bir parametredir. Judd-Ofelt kuramı genellikle 4f-4f geçişlerinin soğurma tesir kesitlerinden yararlanılarak, zorlamasız dikey oranını içeren elektrik dipol geçiş olasılıklarının belirlenmesinde kullanılan bir kuramdır. Zorlamasız ışıma olasılığı, temel olarak t şiddet parametreleri ile U(t) indirgenmiş matris elemanları tensör operatörlerinin çarpımlarının toplamı olarak ifade edilir. Katkılanan aktif iyon için zorlamasız ışıma olasılıklarının daha yüksek değerlerini elde etmek için, t şiddet parametreleri ile ilişkili olarak en iyi kompozisyonun belirlenmesi gerekir. Bu çalışmada, WO3 miktarının (1-x)TeO2-xWO3 , x=0.15, 0.25 ve 0.3 camlarının ısıl özellikleri, kristallenme kinetiği, mikroyapı morfolojisi ve kristal fazlarının oluşumu DTA, X-ışınları spektroskopisi ve SEM teknikleri ile incelendi. Cam kompozisyonunun Judd-Ofelt parametreleri, 4f-4f zorlamasız ve zorlamalı geçiş olasılıkları ve zorlamalı ışıma tesir kesitleri Raman spektroskopisi, UV/VIS/NIR soğurma ve fotoışıma ölçümleri ile incelendi.

Tellurite glasses, compared with silicate and borate and fluoride glasses, have more advantages as laser hosts due to their superior physical properties such as low melting temperature, high dielectric constant, high refractive index, large third order non-linear susceptibility and good infrared transmissivity. Furthermore, they present large transparency from the near ultraviolet to the middle infrared region. They are resistant to atmospheric moisture and capable of incorporating large concentrations of rare-earth ions into the matrix. Spontaneous emission probability of the laser transition is an important parameter because it is directly related to the stimulated emission cross- section, radiative quantum efficiency, and fluorescence branching ratio. The Judd-Ofelt theory is usually used to determine the electric dipole transition probabilities including the spontaneous decay rate by utilising the absorption cross-sections of several 4f-4f transitions. The spontaneous emission probability is affected mainly by the sum of products of intensity parameters, t ( t = 2, 4, 6 ) and doubly reduced matrix elements of tensor operators, U(t). Optimisation of the glass composition with respect to the intensity parameters, t, is desirable to obtain higher values of the spontaneous emission probabilities for the appropriate active ions. In this work, the effect of WO3 content on the thermal properties, the crystallization kinetics, microstructural morphology and formation of crystalline phases in (1-x)TeO2-xWO3 ,where x=0.15, 0.25 and 0.3 glasses were investigated by means of DTA, X-ray diffractometry and SEM techniques. The effect of glass composition on the Judd-Ofelt parameters, 4f-4f spontaneous and stimulated transition probabilities and therefore on the stimulated emission cross-sections of 1.0mol% Tm3+ in TeO2-WO3 glasses were investigated by means of Raman spectroscopy, UV/VIS/NIR absorption and luminescence measurements at room temperature.