PROPRIETES OPTIQUES D’ABSORPTION ET DE FLUORESCENCE DES IONS Er3+ DANS UN MATERIAU FLUORURE KY3F10

M. Diaf*, M. Mayoufi, A. Sayoud, F. Bendjedaa

Département de Physique, Université d’Annaba, BP 12, 23000 Annaba, Algérie

* Corresponding author. E-mail : mdiaf@hotmail.com

Received : 07 May 2002; revised version accepted : 31 July 2002

Abstract

Our contribution is within the broad domain of new solid laser materials under single crystal forms doped by rare earth ions lasing at wave lengths around 1550nm and 2000nm and belonging to the domain called "eye safe laser". We choose the compound KY3F10 which could be studied the same way as the other fluorides, i.e., LiYF4, LiLuF4, KYF4 et BaY2F8. We concentrated our effort to the doping with the Er3+ which presents an emission line around the 1.5 µm corresponding to the transition 4I13/2 ® 4I15/2 and having the capability of giving a laser system of quasi-three levels. We have performed our study by preparing our samples of KY3F10 under the form of single crystals of dimensions L = 20-30 mm, f = 5-10 mm which are of good optical quality. The spectroscopy of absorption and fluorescence under very low temperature allowed us to determine the energy diagram of the Stark sub levels of Er3+ ions. We have also registered the fluorescence at room temperature of the different main emitting levels of the Er3+. The transition 4I13/2 ® 4I15/2 has been observed at 300 K and 1530 nm, clearly separated from the transition at 1550 nm called "eye safe line". We have also registered the experimental life times of the main emitting levels and follow their evolution with respect to temperature. For the excited levels 4S3/2, 4F9/2, 4I11/2 located above the level 4I13/2, the fluorescence decay curves is an evidence of the energy transfer process.

Keywords: Solid state laser; Rare earth spectroscopy; Erbium ions; Fluorescence.

Résumé

Notre contribution s’insère dans la recherche de nouveaux matériaux lasers solides sous la forme de monocristaux dopés par des ions de terres rares émettant à des longueurs d’ondes situées autour de 1550 nm et 2000 nm et appartenant au domaine dit de ‘sécurité oculaire’. Notre choix s’est fait sur le composé KY3F10 qui peut être étudié au même titre que les autres fluorures, i.e., LiYF4, LiLuF4, KYF4 et BaY2F8. Nous nous sommes intéressés au dopage avec des ions Er3+ présentant une émission autour de 1.5 µm correspondant à la transition 4I13/2 ® 4I15/2 et pouvant donner lieu à un système laser quasi-trois niveaux. Nous avons abordé notre étude en élaborant des échantillons KY3F10 sous forme de monocristaux de dimensions L = 20-30 mm, f = 5-10 mm qui sont de très bonne qualité optique. La spectroscopie d’absorption et de fluorescence à très basses températures nous a permis de déterminer le diagramme d’énergie des sous niveaux Stark des ions Er3+. Nous avons aussi enregistré les fluorescences à température ambiante des différents principaux niveaux émetteurs des ions Er3+. La transition 4I13/2 ® 4I15/2 a été observée à 300K à 1530 nm, donc sensiblement écartée de la transition à 1550 nm dite de ‘sécurité oculaire’. Nous avons pu aussi enregistrer les durées de vie expérimentales des principaux niveaux émetteurs et suivre leurs évolutions en fonction de la température. Pour les niveaux excités 4S3/2, 4F9/2, 4I11/2 situés au dessus du niveau 4I13/2, l’allure des courbes de déclins de fluorescence témoigne de la présence de processus de transfert d’énergie.

Mots clés : Laser solide ; Spectroscopie des terres rares ; Ions Erbium ; Fluorescence.

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