اخبار و اعلانات
آمار
| تعداد نشریات | 38 |
| تعداد شمارهها | 1,408 |
| تعداد مقالات | 10,088 |
| تعداد مشاهده مقاله | 11,909,089 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 6,961,225 |
بررسی خواص نوری یونهای Nd3+ افزودهشده در حلالهای معدنی و آلی با استفاده از نظریه جاد-آفلت | ||
| علوم و فناوریهای پدافند نوین | ||
| مقاله 7، دوره 16، شماره 1 - شماره پیاپی 59، خرداد 1404، صفحه 1-9 اصل مقاله (1.13 M) | ||
| نوع مقاله: فیزیک - اپتیک و لیزر | ||
| نویسندگان | ||
| سعید سعادت نژاد1؛ ابراهیم حاجی علی2؛ هادی رحیمیان* 3؛ سید احمد پورهاشمی3 | ||
| 1گروه فوتونیک، دانشکده شهید فخری زاده، دانشگاه جامع امام حسین(ع)، تهران ، ایران | ||
| 2استادیار، دانشکده علوم پایه، دانشگاه جامع امام حسین(ع)، تهران، ایران | ||
| 3پژوهشگر، دانشکده و پژوهشکده علوم پایه، دانشگاه جامع امام حسین(ع)، تهران، ایران | ||
| تاریخ دریافت: 10 اسفند 1403، تاریخ بازنگری: 19 فروردین 1404، تاریخ پذیرش: 20 اردیبهشت 1404 | ||
| چکیده | ||
| اثرات حرارتی در لیزرهای پرتوان حالت جامد، توان خروجی آنها را محدود میکند. محیطهای لیزری مایع افزودهشده به یونهای خاکی کمیاب، به دلیل مدیریت حرارتی مؤثر، بهعنوان یک راهحل جایگزین، توجه محققان این حوزه را به خود جلب کرده است. این تحقیق به بررسی خواص نوری یونهای Nd³⁺ افزودهشده در حلال معدنی POCl₃:SnCl₄ و ترکیب Nd(TFA)₃ افزودهشده در حلال آلی DMSO-d₆ با استفاده از نظریه جاد-آفلت میپردازد. با استفاده از این نظریه، میتوان پارامترهای طیفسنجی شامل نسبتشاخهشدگی، طول عمر تابشی و سطح مقطع گسیل القایی را تعیین کرد که آگاهی از آنها برای کاربردهای لیزری ضروری است. نسبت شاخه شدگی برای گذار 4I11/2→ 4F3/2 در هر دو محلول مورد بررسی بزرگتر از 5/0 است که نشاندهنده پتانسیل بالای این گذار برای تولید لیزر است. طول عمر تابشی کل برای محلولهای Nd3+:POCl3:SnCl4 و Nd(TFA)3:DMSO-d6 به ترتیب 𝜇s36/356 و 𝜇s21/562 محاسبه شدند. سطح مقطع گسیل القایی برای گذار 4I11/2 → 4F3/2 در محلول Nd3+:POCl3:SnCl4 بزرگتر است و درنتیجه شدت خروجی لیزر را افزایش میدهد. همچنین توان پمپاژ آستانه و شدت اشباع برای لیزرهای چهار ترازی با حاصلضرب سطح مقطع گسیل القایی در طول عمر تابشی نسبت معکوس دارد. محلول Nd3+:POCl3:SnCl4 در مقایسه با محلول Nd(TFA)3:DMSO-d6 توان پمپاژ آستانه و شدت اشباع کمتری دارد، بنابراین تولید لیزر از این محلول راحتتر است. | ||
| کلیدواژهها | ||
| یونNd³⁺؛ حلال معدنی؛ حلال آلی؛ نظریه جاد-آفلت؛ احتمال گذار تابشی؛ نسبت شاخه شدگی؛ طول عمر تابشی؛ سطح مقطع گسیل القایی | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Investigation of Optical Properties of Nd3+ Ions Added in Inorganic and Organic Solvents Using Judd-Ofelt Theory | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Saeid Saadat Nezhad1؛ Ebrahim Haji Ali2؛ Hadi Rahimian3؛ Seyyed Ahmad Pour Hashemi3 | ||
| 1Photonics, Basic Science Imam Hossein University Tehran. Iran | ||
| 2assistant professor .Faculty of Science, Imam Hossein University, Tehran, Iran | ||
| 3Researcher, Faculty and Research Institute of Basic Sciences, Imam Hossein University, Tehran, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Thermal effects in high-power solid-state lasers limit their power output. Liquid laser media added to rare earth ions, due to effective thermal management, have attracted the attention of researchers in this field as an alternative solution.. This research investigates the optical properties of Nd³⁺ ions added in inorganic solvent POCl₃:SnCl₄ and Nd(TFA)₃ compound added in organic solvent DMSO-d₆ using Judd-Ofelt theory. Using this theory, it is possible to determine spectroscopic parameters including branching ratios, radiative lifetimes and stimulated emission cross-sections, which are essential for laser applications. The branching ratio for the transition of 4I11/2 → 4F3/2 in both solutions is greater than 0.5, which indicates the high potential of this transition for laser production. The total radiative lifetim for Nd3+:POCl3:SnCl4 and Nd(TFA)3:DMSO-d6 solutions were calculated to be 356.36μs and 562.21μs, respectively. The induction stimulated emission cross-sectional for the transition of 4I11/2 → 4F3/2 in the Nd3+:POCl3:SnCl4 solution is larger, resulting in a higher laser output intensity. Also, the threshold pumping power and saturation intensity for four-level lasers are inversely proportional to the product of the stimulated emission cross-section by the radiative lifetim. Nd3+:POCl3:SnCl4 solution has lower threshold pumping power and saturation intensity compared to Nd(TFA)3:DMSO-d6 solution, so laser production from this solution is easier. The results obtained indicate a more suitable laser performance of the Nd³⁺:POCl₃:SnCl₄ solution compared to the Nd(TFA)₃:DMSO-d₆ solution, which is more considered due to the significant reduction of the toxicity and corrosivity effects of the Nd(TFA)₃:DMSO-d₆ solution. | ||
| کلیدواژهها [English] | ||
| Nd³⁺ ion, Inorganic solvent, Organic solvent, Judd-Ofelt theory, Radiative transition probability, Branching ratios, Radiative lifetime, Stimulated emission cross-section | ||
| مراجع | ||
|
[1] Ismail, M.; Hamdy, Y.; Azooz, M.; Mahdy, E. A.; Abo-Mosallam, H. “Spectroscopic Evaluation of Nd3+ Doped Cadmium-Boro-Phosphate Glasses for Near-IR (1060 nm) Laser Applications”; Opt. Mater. 2024, 149, 115074. [2] Tian, C.; Chen, X.; Shuibao, Y. “Concentration Dependence of Spectroscopic Properties and Energy Transfer Analysis in Nd3+ Doped Bismuth Silicate Glasses”; Solid State Sci. 2015, 48, 171-176. [3] Varshney, A.; Singhal, G.; Nayak, J. “High Power Lasers for Directed Energy Applications: Developments and Challenges”; Infrared Phys. Technol. 2023, 105064. [4] Zuo, J.; Lin, X. “High‐Power Laser Systems”; Laser Photon. Rev. 2022, 16, 2100741. [5] Chvykov, V. “High-Power Lasers”; Mdpi. 2024, 4, 1236-1249. [6] Yu, R.; Yu, K.; Wei, W.; Xu, X.; Qiu, X.; Liu, S.; Huang, W.; Tang, G.; Ford, H.; Peng, B. “Nd2O3 Nanoparticles Modified with a Silane‐Coupling Agent as a Liquid Laser Medium”; Adv. Mater. 2007, 19, 838-842. [7] Zhang, J.-X.; Wang, G.; Li, Y.-F.; Yu, Y.; Wang, Y.; Lv, Z. “Research Status of Rare-Earth-Ion-Doped Infrared Laser”; Front. Phys. 2024, 12, 1388567. [8] Tzuk, Y.; Goren, C.; Sturm, G.; Greenblatt, J.; Raanan, D. “Flashlamp-Pumped Nanoparticle Dispersion Laser”; Appl. Opt. 2015, 54, 1157-1160. [9] Zhang, G.; She, J.; Han, K.; Nie, R.; Li, D.; Peng, B. “Optical Properties of a Binuclear Neodymium Complex in Phosphorus Oxychloride for Liquid Laser”; Opt Mater. 2015, 49, 343-347. [10] Varshney, A.; Kumar, S.; Kumar, A.; Singhal, G.; Gupta, M.; Prakash, G. V. “Optical and Thermal Studies of Nd3+ Doped Inorganic Liquid Medium for Scalable Laser Source”; Opt. Laser Technol. 2022, 148, 107740. [11] Walsh, B. M. “Judd-Ofelt Theory: Principles and Practices”; Advances in spectroscopy for lasers and sensing 2006, 403-433. [12] Hehlen, M. P.; Brik, M. G.; Krämer, K. W. “50th Anniversary of the Judd–Ofelt Theory: An Experimentalist's View of the Formalism and Its Application”; J. Lumin. 2013, 136, 221-239. [13] Lalla, E. A.; Rodríguez-Mendoza, U.; Lozano-Gorrín, A.; Sanz-Arranz, A.; Rull, F.; Lavín, V. “Nd3+-Doped TeO2-PbF2–AlF3 Glasses for Laser Applications”; Opt. Mater. 2016, 51, 35-41. [14] Zhao, C.; Zhang, L.; Hang, Y.; He, X.; Yin, J.; Hu, P.; Chen, G.; He, M.; Huang, H.; Zhu, Y. “Optical Spectroscopy of Nd3+ in LiLuF4 Single Crystals”; J. Phys. D: Appl. Phys. 2010, 43, 495403. [15] Dantas, N. O.; Serqueira, E. O.; Silva, A. C. A.; Andrade, A. A.; Lourenço, S. A. “High Quantum Efficiency of Nd3+ Ions in a Phosphate Glass System Using the Judd–Ofelt Theory”; Braz. J. Phys. 2013, 43, 230-238. [16] Zhou, Z.; Li, W.; Song, J.; Mei, B.; Yi, G.; Yang, Y. “Application of Judd–Ofelt Theory in Analyzing Nd3+ Doped SrF2 and CaF2 Transparent Ceramics”; J. Eur. Ceram. Soc. 2019, 39, 2446-2452. [17] Kabakov, D.; Seregina, E. “Spectral Properties of the Nd3+ Ion in Inorganic Solvents POCl3-MeCln(Me = Sn, Zr, Ti, or Al)”; Opt. Spectrosc. 2005, 98, 220-226. [18] Pourhashemi, S. A.; Madah, B.; Khalilzadeh, J.; Sarvalishah, H.; Shahabi, D.; Haji Ali, E.; Rahimian, H.; Saadat Nezhad, S. “Investigating the Laser Performance of Liquid Gain Medium Containing Derivatives of Neodymium Ions”; Adv. Defence Sci. & Technol. 2024, (ASAP). [19] Zhang, J.; Xi, Z.; Wang, X.; Gao, S.; Long, X.; Guo, F. “Ferroelectric and Spectroscopic Properties of Ho3+/Yb3+ Co-Doped Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-32PbTiO3 Crystal”; Crystals 2022, 12, 225. [20] Heidorn, W. D. “Effects of Varying Base Glass Composition on the Optical Properties of Lead Borate Glasses Doped with Rare Earth Ions”; Master's Thesis, Department of Physics Western Illinois University 2015. [21] Gautam, S. “Study of Physical and Optical Properties of Pr3+ Ions Doped in Lead Boro-Germanate Glasses”; Master's Thesis, Department of Physics Western Illinois University, 2021. [22] Carnall, W.; Fields, P.; Rajnak, K. “Electronic Energy Levels in the Trivalent Lanthanide Aquo Ions. I. Pr3+, Nd3+, Pm3+, Sm3+, Dy3+, Ho3+, Er3+, and Tm3+”; J. Chem. Phys. 1968, 49, 4424-4442. [23] Choi, J.; Margaryan, A.; Margaryan, A.; Shi, F. “Judd–Ofelt Analysis of Spectroscopic Properties of Nd3+-Doped Novel Fluorophosphate Glass”; J. Lumin. 2005, 114, 167-177. [24] Song, W.; Liu, S.; Gao, D.; Wang, L.; Wen, Y.; Huang, J.Zhang, Q. “Structure, Photoluminescence, Judd–Ofelt Analysis, and Thermal Stability Studies of Ho3+/Yb3+ Co-Doped YNbO4 Green phosphors”; AIP Adv. 2023, 13. [25] Hernández, I.; Gillin, W. P. “Organic Chromophores-Based Sensitization of NIR-Emitting Lanthanides: Toward Highly Efficient Halogenated Environments”; Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths. 2015, 47, 1-100. [26] Capek, P.; Mika, M.; Oswald, J.; Tresnakova, P.; Salavcova, L.; Kolek, O.; Schrofel, J.; Spirkova, J. “Effect of Divalent Cations on Properties of Er3+-Doped Silicate Glasses”; Opt. Mater. 2004, 27, 331-336. [27] Gheorghe, C.; Hau, S.; Gheorghe, L.; Voicu, F.; Greculeasa, M.; Broasca, A.; Stanciu, G. “RE3+-Doped Ca3(Nb, Ga)5O12 and Ca3(Li, Nb, Ga)5O12 Crystals (RE = Sm, Dy, and Pr): A Review of Current Achievements”; Materials 2022, 16, 269. [28] Lin, X.; Liang, H.; Jiang, X.; Liu, L.; Wang, Z.; Luo, Y.; Liu, T.; Ning, T.; Lu, A. “Thermal and Fluorescence Properties of Nd2O3-Doped Gd2O3-Ga2O3-GeO2 Glass Based on the Judd-Ofelt Theory”; J. Non-Cryst. Solids 2022, 594, 121810. [29] Kaminskii, A. A.; Li, L. E. “Analysis of Spectral Line Intensities of TR3+ Ions in Disordered Crystal Systems”; Phys. Stat. Sol. (a). 1974, 26. [30] Görller-Walrand, C.; Binnemans, K. “Chapter 167 Spectral Intensities of f-f Transitions”; Handbook on The Physics and Chemistry of Rare Earths. 1998, 25, 101-264. [31] Nasser, K.; Aseev, V.; Ivanov, S.; Ignatiev, A.; Nikonorov, N. “Optical, Spectroscopic Properties and Judd–Ofelt Analysis of Nd3+-Doped Photo-Thermo-Refractive Glass”; J. Lumin. 2019, 213, 255-262. [32] Walsh, B. M.; Barnes, N. P.; Di Bartolo, B. “Branching Ratios, Cross Sections, and Radiative Lifetimes of Rare Earth Ions in Solids: Application to Tm3+ and Ho3+ Ions in LiYF4”; J. Appl. phys. 1998, 83, 2772-2787. [33] Liu, G.; Jacquier, B. “Spectroscopic Properties of Rare Earths in Optical Materials”; 2006, 83.
| ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 311 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 19 |
||