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Tempo de vida dos estados excitados

Vidro Telurito

7- Tempo de vida dos estados excitados

O valor do tempo de vida de um estado exctiado é determinado pelos processos de decaimento radiativos e não radiativos. O processo radiativo corresponde às emissões obtidas pela relaxação radiativa entre o nível de energia em questão e os níveis de energia inferiores. Os processos não radiativos são devido a relaxação multifonon e a transferência de energia entre os íons lantanídios. De uma maneira geral a probabilidade de relaxação multifonon entre os íons lantanídios aumenta com o aumento da energia de fonon de uma matriz vítrea e a transferência de energia aumenta com o aumento da concentração de íons lantanídios.

Pode-se descrever o tempo de vida dos estados excitados da seguinte maneira:

(τ)-1

= WR + WNR (9)

Onde:

τ é o tempo de vida observado do estado excitado considerado WR é a taxa de relaxação radiativa

WNR é a taxa de relaxação não radiativa que inclui relaxação multifonon

e a transferência de energia entre os íons lantanídios

Sendo que:

WR = R τ

1 (10)

(τR)-1 é o tempo de vida radiativo do estado excitado, ou seja, o

tempo de vida onde não há nenhum processo radiativo. Corresponde ao tempo de vida teórico obtido pela teoria de Judd-Ofelt (parte 3.2).

Para determinar o tempo de vida de um estado excitado, estudou-se o decaimento da intensidade da fluorescência em função do tempo. No caso, onde não há transferência de energia entre os íons terras raras, esse declínio é uma exponencial do tipo:

I (t) = I0 . exp. (-t/τ) (11)

Sendo que:

I0 é a intensidade de fluorescência no tempo t0

τ é o tempo de vida do estado excitado

Os tempos de vida experimentais dos níveis 3H4 e do 1D2 foram medidos

sob excitação em 650 nm e comparados com as previsões feitas usando a teoria de Judd-Ofelt . Os valores encontram-se na tabela 3.4. Pode-se observar que os tempos de vida radiativos teóricos são diferentes dos tempos de vida obtidos experimentalmente e isto significa que os processos não radiativos devido à relaxação multifonon e/ou a transferência de energia devem ser considerados. Podemos observar na tabela que os tempos de vida diminuem com o aumento da concentração de íons Tm3+, sugerindo portanto que o processo de transferência de energia entre os ions Ln3+ é dominante.

Outro indicativo do processo de transferência de energia é o decaimento do tempo de vida no sinal fluorescente. As medidas não apresentaram um decaimento exponencial simples. Exibiram um comportamento típico de um processo de transferência de energia.

Tabela 3.4- Tempo de vida experimental e teórico dos níveis 3H4 e 1D2 com

excitação a 655 nm.

3

H4 level 1D2 level

Tempo de vida radiativo calculado 500 µs 24 µs Tempo de vida Experimental 3 H4 (790 nm) 1D2 (450 nm) ET2 202µs ±2µs 3,1µs ±2µs ET4 186µs ±2µs 3,0µs ±2µs ET6 158µs ±2µs 3,0µs ±2µs ET8 142µs ±2µs 3,6µs ±2µs

8 - Conclusão

Certas propriedades espectroscópicas do túlio trivalente Tm3+ na matriz vítrea de telurito foram estudadas e apresentadas neste trabalho.

A excitação em 360 nm destas amostras vítreas produziu uma única emissão em 450 nm que corresponde à transição 1D2 3F4.

Foi investigada a emissão por conversão ascendente de energia do azul para o vermelho. A excitação em 655 nm apresentou duas bandas de emissão. Uma centrada em 450 nm que foi atribuída à transição 1D2 3F4, que é

realizada através do processo de conversão ascendente de energia por absorção de 2 fótons. E uma segunda centrada em 790nm que foi atribuída à transição 1H4 3H6 e ocorre por absorção de um único fóton. Os mecanismos

de transições eletrônicas destas fluorescências puderam ser determinados através dos espectros de excitação.

Para as amostras monodopadas com 0,1% em mol de Tm3+ excitadas em 1,064 µm observou-se um processo de absorção sequencial de absorção de três fótons para a emissão no azul atribuída à transição 1G4 3H6.

Foram determinados através da teoria de Judd-Ofelt parâmetros físicos como força de oscilador, razão de ramificação entre os níveis do Tm3+ e tempo de vida radiativo. Os resultados observados na prática estão de acordo com as previsões teóricas estabelecidas aplicando a teoria de Judd-Offelt.

Foi observada a supressão de emissão em função do aumento da concentração de íons Tm3+ que é devido principalmente à transferência de energia entre os íons Tm3+.

Os resultados apresentados sugerem uma futura aplicação para dispositivos fotônicos contudo a exploração deste sistema como material laser requer ainda um melhor controle da formação de clusters dos íons Tm3+.

9 - Referências Bibliográficas

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CAPÍTULO IV: