Abstract

The use of Pr3+ codoping for enhancement of the Ho3+:I65I75 mid-IR emissions were investigated in the LiLuF4 crystal for the first time. It was found that Pr3+ greatly increased Ho3+ 2.9 μm emission by depopulating the Ho3+:I75 level while having little influence on the Ho3+:I65 level, leading to greater population inversion. The energy transfer efficiency from Ho3+:I75 to Pr3+:F23 is calculated to be 88%. Based on Judd–Ofelt theory, the 2.9 μm emission cross section is calculated to be 1.91×1020cm2, and the gain property of the Ho3+:I65I75 transition is discussed. We propose that the Ho, Pr:LiLuF4 crystal may be a promising material for 2.9 μm laser applications.

© 2012 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. I. D. Aggarwal, L. B. Shaw, and J. S. Sanghera, Proc. SPIE 6453, 645312 (2007).
    [CrossRef]
  2. H. Guo, L. Liu, Y. Wang, C. Hou, W. Li, M. Lu, K. Zou, and B. Peng, Opt. Express 17, 15350 (2009).
    [CrossRef]
  3. J. S. Sanghera, L. B. Shaw, and I. D. Aggarwal, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 15, 114 (2009).
    [CrossRef]
  4. B. C. Dickinson, P. S. Golding, M. Pollnau, T. A. King, and S. D. Jackson, Opt. Commun. 191, 315 (2001).
    [CrossRef]
  5. M. C. Brierley, P. W. France, and C. A. Millar, Electron. Lett. 24, 539 (1988).
    [CrossRef]
  6. L. Wetenkamp, Electron. Lett. 26, 883 (1990).
    [CrossRef]
  7. Z. Chengchun, H. Yin, Z. Lianhan, Y. Jigang, H. Pengchao, and M. En, Opt. Mater. 33, 1610 (2011).
    [CrossRef]
  8. S. D. Jackson, F. Bugge, and G. Erbert, Opt. Lett. 32, 2496 (2007).
    [CrossRef]
  9. T. Hu, D. D. Hudson, and S. D. Jackson, Opt. Lett. 37, 2145 (2012).
    [CrossRef]
  10. D. Hudson, E. Magi, L. Gomes, and S. D. Jackson, Electron. Lett. 47, 985 (2011).
    [CrossRef]
  11. S. D. Jackson, Opt. Lett. 34, 2327 (2009).
    [CrossRef]
  12. S. D. Jackson, Opt. Lett. 29, 334 (2004).
    [CrossRef]
  13. F. Cornacchia, A. Toncelli, and M. Tonelli, Prog. Quantum Electron. 33, 61 (2009).
    [CrossRef]
  14. S. L. Baldochi, K. Shimamura, K. Nakano, N. Mujilatu, and T. Fukuda, J. Cryst. Growth 205, 537 (1999).
    [CrossRef]
  15. T. H. Lee, Y. K. Kwon, and J. Heo, J. Non-Cryst. Solids 354, 3107 (2008).
    [CrossRef]
  16. B. F. Aull and H. P. Jenssen, IEEE J. Quantum Electron. 18, 925 (1982).
    [CrossRef]
  17. A. F. H. Librantz, S. D. Jackson, F. H. Jagosich, L. Gomes, G. Poirier, S. J. L. Ribeiro, and Y. Messaddeq, J. Appl. Phys. 101, 123111 (2007).
    [CrossRef]
  18. W. T. Carnall, P. R. Fields, and K. Rajnak, J. Chem. Phys. 49, 4412 (1968).
    [CrossRef]
  19. D. E. McCumber, Phys. Rev. 136, A954 (1964).
    [CrossRef]

2012

2011

Z. Chengchun, H. Yin, Z. Lianhan, Y. Jigang, H. Pengchao, and M. En, Opt. Mater. 33, 1610 (2011).
[CrossRef]

D. Hudson, E. Magi, L. Gomes, and S. D. Jackson, Electron. Lett. 47, 985 (2011).
[CrossRef]

2009

F. Cornacchia, A. Toncelli, and M. Tonelli, Prog. Quantum Electron. 33, 61 (2009).
[CrossRef]

J. S. Sanghera, L. B. Shaw, and I. D. Aggarwal, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 15, 114 (2009).
[CrossRef]

S. D. Jackson, Opt. Lett. 34, 2327 (2009).
[CrossRef]

H. Guo, L. Liu, Y. Wang, C. Hou, W. Li, M. Lu, K. Zou, and B. Peng, Opt. Express 17, 15350 (2009).
[CrossRef]

2008

T. H. Lee, Y. K. Kwon, and J. Heo, J. Non-Cryst. Solids 354, 3107 (2008).
[CrossRef]

2007

I. D. Aggarwal, L. B. Shaw, and J. S. Sanghera, Proc. SPIE 6453, 645312 (2007).
[CrossRef]

S. D. Jackson, F. Bugge, and G. Erbert, Opt. Lett. 32, 2496 (2007).
[CrossRef]

A. F. H. Librantz, S. D. Jackson, F. H. Jagosich, L. Gomes, G. Poirier, S. J. L. Ribeiro, and Y. Messaddeq, J. Appl. Phys. 101, 123111 (2007).
[CrossRef]

2004

2001

B. C. Dickinson, P. S. Golding, M. Pollnau, T. A. King, and S. D. Jackson, Opt. Commun. 191, 315 (2001).
[CrossRef]

1999

S. L. Baldochi, K. Shimamura, K. Nakano, N. Mujilatu, and T. Fukuda, J. Cryst. Growth 205, 537 (1999).
[CrossRef]

1990

L. Wetenkamp, Electron. Lett. 26, 883 (1990).
[CrossRef]

1988

M. C. Brierley, P. W. France, and C. A. Millar, Electron. Lett. 24, 539 (1988).
[CrossRef]

1982

B. F. Aull and H. P. Jenssen, IEEE J. Quantum Electron. 18, 925 (1982).
[CrossRef]

1968

W. T. Carnall, P. R. Fields, and K. Rajnak, J. Chem. Phys. 49, 4412 (1968).
[CrossRef]

1964

D. E. McCumber, Phys. Rev. 136, A954 (1964).
[CrossRef]

Aggarwal, I. D.

J. S. Sanghera, L. B. Shaw, and I. D. Aggarwal, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 15, 114 (2009).
[CrossRef]

I. D. Aggarwal, L. B. Shaw, and J. S. Sanghera, Proc. SPIE 6453, 645312 (2007).
[CrossRef]

Aull, B. F.

B. F. Aull and H. P. Jenssen, IEEE J. Quantum Electron. 18, 925 (1982).
[CrossRef]

Baldochi, S. L.

S. L. Baldochi, K. Shimamura, K. Nakano, N. Mujilatu, and T. Fukuda, J. Cryst. Growth 205, 537 (1999).
[CrossRef]

Brierley, M. C.

M. C. Brierley, P. W. France, and C. A. Millar, Electron. Lett. 24, 539 (1988).
[CrossRef]

Bugge, F.

Carnall, W. T.

W. T. Carnall, P. R. Fields, and K. Rajnak, J. Chem. Phys. 49, 4412 (1968).
[CrossRef]

Chengchun, Z.

Z. Chengchun, H. Yin, Z. Lianhan, Y. Jigang, H. Pengchao, and M. En, Opt. Mater. 33, 1610 (2011).
[CrossRef]

Cornacchia, F.

F. Cornacchia, A. Toncelli, and M. Tonelli, Prog. Quantum Electron. 33, 61 (2009).
[CrossRef]

Dickinson, B. C.

B. C. Dickinson, P. S. Golding, M. Pollnau, T. A. King, and S. D. Jackson, Opt. Commun. 191, 315 (2001).
[CrossRef]

En, M.

Z. Chengchun, H. Yin, Z. Lianhan, Y. Jigang, H. Pengchao, and M. En, Opt. Mater. 33, 1610 (2011).
[CrossRef]

Erbert, G.

Fields, P. R.

W. T. Carnall, P. R. Fields, and K. Rajnak, J. Chem. Phys. 49, 4412 (1968).
[CrossRef]

France, P. W.

M. C. Brierley, P. W. France, and C. A. Millar, Electron. Lett. 24, 539 (1988).
[CrossRef]

Fukuda, T.

S. L. Baldochi, K. Shimamura, K. Nakano, N. Mujilatu, and T. Fukuda, J. Cryst. Growth 205, 537 (1999).
[CrossRef]

Golding, P. S.

B. C. Dickinson, P. S. Golding, M. Pollnau, T. A. King, and S. D. Jackson, Opt. Commun. 191, 315 (2001).
[CrossRef]

Gomes, L.

D. Hudson, E. Magi, L. Gomes, and S. D. Jackson, Electron. Lett. 47, 985 (2011).
[CrossRef]

A. F. H. Librantz, S. D. Jackson, F. H. Jagosich, L. Gomes, G. Poirier, S. J. L. Ribeiro, and Y. Messaddeq, J. Appl. Phys. 101, 123111 (2007).
[CrossRef]

Guo, H.

Heo, J.

T. H. Lee, Y. K. Kwon, and J. Heo, J. Non-Cryst. Solids 354, 3107 (2008).
[CrossRef]

Hou, C.

Hu, T.

Hudson, D.

D. Hudson, E. Magi, L. Gomes, and S. D. Jackson, Electron. Lett. 47, 985 (2011).
[CrossRef]

Hudson, D. D.

Jackson, S. D.

T. Hu, D. D. Hudson, and S. D. Jackson, Opt. Lett. 37, 2145 (2012).
[CrossRef]

D. Hudson, E. Magi, L. Gomes, and S. D. Jackson, Electron. Lett. 47, 985 (2011).
[CrossRef]

S. D. Jackson, Opt. Lett. 34, 2327 (2009).
[CrossRef]

A. F. H. Librantz, S. D. Jackson, F. H. Jagosich, L. Gomes, G. Poirier, S. J. L. Ribeiro, and Y. Messaddeq, J. Appl. Phys. 101, 123111 (2007).
[CrossRef]

S. D. Jackson, F. Bugge, and G. Erbert, Opt. Lett. 32, 2496 (2007).
[CrossRef]

S. D. Jackson, Opt. Lett. 29, 334 (2004).
[CrossRef]

B. C. Dickinson, P. S. Golding, M. Pollnau, T. A. King, and S. D. Jackson, Opt. Commun. 191, 315 (2001).
[CrossRef]

Jagosich, F. H.

A. F. H. Librantz, S. D. Jackson, F. H. Jagosich, L. Gomes, G. Poirier, S. J. L. Ribeiro, and Y. Messaddeq, J. Appl. Phys. 101, 123111 (2007).
[CrossRef]

Jenssen, H. P.

B. F. Aull and H. P. Jenssen, IEEE J. Quantum Electron. 18, 925 (1982).
[CrossRef]

Jigang, Y.

Z. Chengchun, H. Yin, Z. Lianhan, Y. Jigang, H. Pengchao, and M. En, Opt. Mater. 33, 1610 (2011).
[CrossRef]

King, T. A.

B. C. Dickinson, P. S. Golding, M. Pollnau, T. A. King, and S. D. Jackson, Opt. Commun. 191, 315 (2001).
[CrossRef]

Kwon, Y. K.

T. H. Lee, Y. K. Kwon, and J. Heo, J. Non-Cryst. Solids 354, 3107 (2008).
[CrossRef]

Lee, T. H.

T. H. Lee, Y. K. Kwon, and J. Heo, J. Non-Cryst. Solids 354, 3107 (2008).
[CrossRef]

Li, W.

Lianhan, Z.

Z. Chengchun, H. Yin, Z. Lianhan, Y. Jigang, H. Pengchao, and M. En, Opt. Mater. 33, 1610 (2011).
[CrossRef]

Librantz, A. F. H.

A. F. H. Librantz, S. D. Jackson, F. H. Jagosich, L. Gomes, G. Poirier, S. J. L. Ribeiro, and Y. Messaddeq, J. Appl. Phys. 101, 123111 (2007).
[CrossRef]

Liu, L.

Lu, M.

Magi, E.

D. Hudson, E. Magi, L. Gomes, and S. D. Jackson, Electron. Lett. 47, 985 (2011).
[CrossRef]

McCumber, D. E.

D. E. McCumber, Phys. Rev. 136, A954 (1964).
[CrossRef]

Messaddeq, Y.

A. F. H. Librantz, S. D. Jackson, F. H. Jagosich, L. Gomes, G. Poirier, S. J. L. Ribeiro, and Y. Messaddeq, J. Appl. Phys. 101, 123111 (2007).
[CrossRef]

Millar, C. A.

M. C. Brierley, P. W. France, and C. A. Millar, Electron. Lett. 24, 539 (1988).
[CrossRef]

Mujilatu, N.

S. L. Baldochi, K. Shimamura, K. Nakano, N. Mujilatu, and T. Fukuda, J. Cryst. Growth 205, 537 (1999).
[CrossRef]

Nakano, K.

S. L. Baldochi, K. Shimamura, K. Nakano, N. Mujilatu, and T. Fukuda, J. Cryst. Growth 205, 537 (1999).
[CrossRef]

Peng, B.

Pengchao, H.

Z. Chengchun, H. Yin, Z. Lianhan, Y. Jigang, H. Pengchao, and M. En, Opt. Mater. 33, 1610 (2011).
[CrossRef]

Poirier, G.

A. F. H. Librantz, S. D. Jackson, F. H. Jagosich, L. Gomes, G. Poirier, S. J. L. Ribeiro, and Y. Messaddeq, J. Appl. Phys. 101, 123111 (2007).
[CrossRef]

Pollnau, M.

B. C. Dickinson, P. S. Golding, M. Pollnau, T. A. King, and S. D. Jackson, Opt. Commun. 191, 315 (2001).
[CrossRef]

Rajnak, K.

W. T. Carnall, P. R. Fields, and K. Rajnak, J. Chem. Phys. 49, 4412 (1968).
[CrossRef]

Ribeiro, S. J. L.

A. F. H. Librantz, S. D. Jackson, F. H. Jagosich, L. Gomes, G. Poirier, S. J. L. Ribeiro, and Y. Messaddeq, J. Appl. Phys. 101, 123111 (2007).
[CrossRef]

Sanghera, J. S.

J. S. Sanghera, L. B. Shaw, and I. D. Aggarwal, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 15, 114 (2009).
[CrossRef]

I. D. Aggarwal, L. B. Shaw, and J. S. Sanghera, Proc. SPIE 6453, 645312 (2007).
[CrossRef]

Shaw, L. B.

J. S. Sanghera, L. B. Shaw, and I. D. Aggarwal, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 15, 114 (2009).
[CrossRef]

I. D. Aggarwal, L. B. Shaw, and J. S. Sanghera, Proc. SPIE 6453, 645312 (2007).
[CrossRef]

Shimamura, K.

S. L. Baldochi, K. Shimamura, K. Nakano, N. Mujilatu, and T. Fukuda, J. Cryst. Growth 205, 537 (1999).
[CrossRef]

Toncelli, A.

F. Cornacchia, A. Toncelli, and M. Tonelli, Prog. Quantum Electron. 33, 61 (2009).
[CrossRef]

Tonelli, M.

F. Cornacchia, A. Toncelli, and M. Tonelli, Prog. Quantum Electron. 33, 61 (2009).
[CrossRef]

Wang, Y.

Wetenkamp, L.

L. Wetenkamp, Electron. Lett. 26, 883 (1990).
[CrossRef]

Yin, H.

Z. Chengchun, H. Yin, Z. Lianhan, Y. Jigang, H. Pengchao, and M. En, Opt. Mater. 33, 1610 (2011).
[CrossRef]

Zou, K.

Electron. Lett.

M. C. Brierley, P. W. France, and C. A. Millar, Electron. Lett. 24, 539 (1988).
[CrossRef]

L. Wetenkamp, Electron. Lett. 26, 883 (1990).
[CrossRef]

D. Hudson, E. Magi, L. Gomes, and S. D. Jackson, Electron. Lett. 47, 985 (2011).
[CrossRef]

IEEE J. Quantum Electron.

B. F. Aull and H. P. Jenssen, IEEE J. Quantum Electron. 18, 925 (1982).
[CrossRef]

IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron.

J. S. Sanghera, L. B. Shaw, and I. D. Aggarwal, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 15, 114 (2009).
[CrossRef]

J. Appl. Phys.

A. F. H. Librantz, S. D. Jackson, F. H. Jagosich, L. Gomes, G. Poirier, S. J. L. Ribeiro, and Y. Messaddeq, J. Appl. Phys. 101, 123111 (2007).
[CrossRef]

J. Chem. Phys.

W. T. Carnall, P. R. Fields, and K. Rajnak, J. Chem. Phys. 49, 4412 (1968).
[CrossRef]

J. Cryst. Growth

S. L. Baldochi, K. Shimamura, K. Nakano, N. Mujilatu, and T. Fukuda, J. Cryst. Growth 205, 537 (1999).
[CrossRef]

J. Non-Cryst. Solids

T. H. Lee, Y. K. Kwon, and J. Heo, J. Non-Cryst. Solids 354, 3107 (2008).
[CrossRef]

Opt. Commun.

B. C. Dickinson, P. S. Golding, M. Pollnau, T. A. King, and S. D. Jackson, Opt. Commun. 191, 315 (2001).
[CrossRef]

Opt. Express

Opt. Lett.

Opt. Mater.

Z. Chengchun, H. Yin, Z. Lianhan, Y. Jigang, H. Pengchao, and M. En, Opt. Mater. 33, 1610 (2011).
[CrossRef]

Phys. Rev.

D. E. McCumber, Phys. Rev. 136, A954 (1964).
[CrossRef]

Proc. SPIE

I. D. Aggarwal, L. B. Shaw, and J. S. Sanghera, Proc. SPIE 6453, 645312 (2007).
[CrossRef]

Prog. Quantum Electron.

F. Cornacchia, A. Toncelli, and M. Tonelli, Prog. Quantum Electron. 33, 61 (2009).
[CrossRef]

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (4)

Fig. 1.
Fig. 1.

Polarized absorption coefficient of Ho, Pr:LLF.

Fig. 2.
Fig. 2.

(a) Emission spectra of Ho:LLF and Ho, Pr:LLF crystals. (b) Simplified energy level diagram for Ho, Pr-doped LLF crystal.

Fig. 3.
Fig. 3.

Fluorescence decay curves of Ho:LLF and Ho, Pr:LLF crystals for the I75 and I65 mainfold.

Fig. 4.
Fig. 4.

Gain cross-section spectra of Ho3+:I65I75 in the Ho, Pr:LLF crystal.

Equations (3)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

σem=Aβλ5I(λ)8πcn2λI(λ)dλ,
σabs=σemZuZlexp(hc/λEzlkBT),
G(λ)=Pσem(1P)σabs,

Metrics