Abstract

Resonant excited state absorption (ESA) and relaxation processes in Tb3+-doped aluminosilicate glasses are quantitatively evaluated. A model describing the excitation steps and upconversion emission is developed and applied to interpret the results from laser-induced surface deformation using thermal mirror spectroscopy. The fluorescence quantum efficiency of level D54 was found to be close to unity and concentration independent while, for the level D53, it decreases with Tb3+ concentration. Emission spectroscopy measurements supported these results. ESA cross sections are found to be more than three orders of magnitude higher than the ground state absorption cross section.

© 2013 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. Y. Arai, T. Yamashidta, T. Suzuki, and Y. Ohishi, J. Appl. Phys. 105, 083105 (2009).
    [CrossRef]
  2. T. Yamashita and Y. Ohishi, Electron. Lett. 43, 88 (2007).
    [CrossRef]
  3. I. A. A. Terra, L. J. Borrero-González, L. A. O. Nunes, M. P. Belancon, J. H. Rohling, M. L. Baesso, and O. L. Malta, J. Appl. Phys. 110, 083108 (2011).
    [CrossRef]
  4. J. F. W. Ostermayer and L. G. V. Uitert, Phys. Rev. B 1, 4208 (1970).
    [CrossRef]
  5. M. A. Noginov, P. Venkateswarlu, and M. Mahdi, J. Opt. Soc. Am. B 13, 735 (1996).
    [CrossRef]
  6. D. F. de Sousa, L. A. O. Nunes, J. H. Rohling, and M. L. Baesso, Appl. Phys. B 77, 59 (2003).
    [CrossRef]
  7. Y. Guyot, A. Steimacher, M. P. Belancon, A. N. Medina, M. L. Baesso, S. M. Lima, L. H. C. Andrade, A. Brenier, A.-M. Jurdyc, and G. Boulon, J. Opt. Soc. Am. B 28, 2510 (2011).
    [CrossRef]
  8. L. J. Borrero-González, I. A. A. Terra, L. A. O. Nunes, A. M. Farias, M. J. Barboza, J. H. Rohling, A. N. Medina, and M. L. Baesso, Appl. Phys. B 107, 415 (2012).
    [CrossRef]
  9. N. G. C. Astrath, L. C. Malacarne, P. R. B. Pedreira, A. C. Bento, M. L. Baesso, and J. Shen, Appl. Phys. Lett. 91, 191908 (2007).
    [CrossRef]
  10. V. S. Zanuto, L. S. Herculano, M. L. Baesso, G. V. B. Lukasievicz, C. Jacinto, L. C. Malacarne, and N. G. C. Astrath, Opt. Mater. 35, 1129 (2013).
    [CrossRef]
  11. N. G. C. Astrath, L. C. Malacarne, V. S. Zanuto, M. P. Belancon, R. S. Mendes, M. L. Baesso, and C. Jacinto, J. Opt. Soc. Am. B 28, 1735 (2011).
    [CrossRef]
  12. A. Steimacher, M. J. Barboza, A. M. Farias, O. A. Sakai, J. H. Rohling, A. C. Bento, M. L. Baesso, A. N. Medina, and C. M. Lepienski, J. Non-Cryst. Solids 354, 4749 (2008).
    [CrossRef]
  13. C. Jacinto, M. V. D. Vermelho, M. T. de Araujo, P. T. Udo, N. G. C. Astrath, A. C. Bento, T. Catunda, and M. L. Baesso, Opt. Express 15, 9232 (2007).
    [CrossRef]
  14. P. Dorenbos, J. Lumin. 91, 155 (2000).
    [CrossRef]

2013 (1)

V. S. Zanuto, L. S. Herculano, M. L. Baesso, G. V. B. Lukasievicz, C. Jacinto, L. C. Malacarne, and N. G. C. Astrath, Opt. Mater. 35, 1129 (2013).
[CrossRef]

2012 (1)

L. J. Borrero-González, I. A. A. Terra, L. A. O. Nunes, A. M. Farias, M. J. Barboza, J. H. Rohling, A. N. Medina, and M. L. Baesso, Appl. Phys. B 107, 415 (2012).
[CrossRef]

2011 (3)

2009 (1)

Y. Arai, T. Yamashidta, T. Suzuki, and Y. Ohishi, J. Appl. Phys. 105, 083105 (2009).
[CrossRef]

2008 (1)

A. Steimacher, M. J. Barboza, A. M. Farias, O. A. Sakai, J. H. Rohling, A. C. Bento, M. L. Baesso, A. N. Medina, and C. M. Lepienski, J. Non-Cryst. Solids 354, 4749 (2008).
[CrossRef]

2007 (3)

C. Jacinto, M. V. D. Vermelho, M. T. de Araujo, P. T. Udo, N. G. C. Astrath, A. C. Bento, T. Catunda, and M. L. Baesso, Opt. Express 15, 9232 (2007).
[CrossRef]

T. Yamashita and Y. Ohishi, Electron. Lett. 43, 88 (2007).
[CrossRef]

N. G. C. Astrath, L. C. Malacarne, P. R. B. Pedreira, A. C. Bento, M. L. Baesso, and J. Shen, Appl. Phys. Lett. 91, 191908 (2007).
[CrossRef]

2003 (1)

D. F. de Sousa, L. A. O. Nunes, J. H. Rohling, and M. L. Baesso, Appl. Phys. B 77, 59 (2003).
[CrossRef]

2000 (1)

P. Dorenbos, J. Lumin. 91, 155 (2000).
[CrossRef]

1996 (1)

1970 (1)

J. F. W. Ostermayer and L. G. V. Uitert, Phys. Rev. B 1, 4208 (1970).
[CrossRef]

Andrade, L. H. C.

Arai, Y.

Y. Arai, T. Yamashidta, T. Suzuki, and Y. Ohishi, J. Appl. Phys. 105, 083105 (2009).
[CrossRef]

Astrath, N. G. C.

V. S. Zanuto, L. S. Herculano, M. L. Baesso, G. V. B. Lukasievicz, C. Jacinto, L. C. Malacarne, and N. G. C. Astrath, Opt. Mater. 35, 1129 (2013).
[CrossRef]

N. G. C. Astrath, L. C. Malacarne, V. S. Zanuto, M. P. Belancon, R. S. Mendes, M. L. Baesso, and C. Jacinto, J. Opt. Soc. Am. B 28, 1735 (2011).
[CrossRef]

N. G. C. Astrath, L. C. Malacarne, P. R. B. Pedreira, A. C. Bento, M. L. Baesso, and J. Shen, Appl. Phys. Lett. 91, 191908 (2007).
[CrossRef]

C. Jacinto, M. V. D. Vermelho, M. T. de Araujo, P. T. Udo, N. G. C. Astrath, A. C. Bento, T. Catunda, and M. L. Baesso, Opt. Express 15, 9232 (2007).
[CrossRef]

Baesso, M. L.

V. S. Zanuto, L. S. Herculano, M. L. Baesso, G. V. B. Lukasievicz, C. Jacinto, L. C. Malacarne, and N. G. C. Astrath, Opt. Mater. 35, 1129 (2013).
[CrossRef]

L. J. Borrero-González, I. A. A. Terra, L. A. O. Nunes, A. M. Farias, M. J. Barboza, J. H. Rohling, A. N. Medina, and M. L. Baesso, Appl. Phys. B 107, 415 (2012).
[CrossRef]

N. G. C. Astrath, L. C. Malacarne, V. S. Zanuto, M. P. Belancon, R. S. Mendes, M. L. Baesso, and C. Jacinto, J. Opt. Soc. Am. B 28, 1735 (2011).
[CrossRef]

I. A. A. Terra, L. J. Borrero-González, L. A. O. Nunes, M. P. Belancon, J. H. Rohling, M. L. Baesso, and O. L. Malta, J. Appl. Phys. 110, 083108 (2011).
[CrossRef]

Y. Guyot, A. Steimacher, M. P. Belancon, A. N. Medina, M. L. Baesso, S. M. Lima, L. H. C. Andrade, A. Brenier, A.-M. Jurdyc, and G. Boulon, J. Opt. Soc. Am. B 28, 2510 (2011).
[CrossRef]

A. Steimacher, M. J. Barboza, A. M. Farias, O. A. Sakai, J. H. Rohling, A. C. Bento, M. L. Baesso, A. N. Medina, and C. M. Lepienski, J. Non-Cryst. Solids 354, 4749 (2008).
[CrossRef]

N. G. C. Astrath, L. C. Malacarne, P. R. B. Pedreira, A. C. Bento, M. L. Baesso, and J. Shen, Appl. Phys. Lett. 91, 191908 (2007).
[CrossRef]

C. Jacinto, M. V. D. Vermelho, M. T. de Araujo, P. T. Udo, N. G. C. Astrath, A. C. Bento, T. Catunda, and M. L. Baesso, Opt. Express 15, 9232 (2007).
[CrossRef]

D. F. de Sousa, L. A. O. Nunes, J. H. Rohling, and M. L. Baesso, Appl. Phys. B 77, 59 (2003).
[CrossRef]

Barboza, M. J.

L. J. Borrero-González, I. A. A. Terra, L. A. O. Nunes, A. M. Farias, M. J. Barboza, J. H. Rohling, A. N. Medina, and M. L. Baesso, Appl. Phys. B 107, 415 (2012).
[CrossRef]

A. Steimacher, M. J. Barboza, A. M. Farias, O. A. Sakai, J. H. Rohling, A. C. Bento, M. L. Baesso, A. N. Medina, and C. M. Lepienski, J. Non-Cryst. Solids 354, 4749 (2008).
[CrossRef]

Belancon, M. P.

Bento, A. C.

A. Steimacher, M. J. Barboza, A. M. Farias, O. A. Sakai, J. H. Rohling, A. C. Bento, M. L. Baesso, A. N. Medina, and C. M. Lepienski, J. Non-Cryst. Solids 354, 4749 (2008).
[CrossRef]

N. G. C. Astrath, L. C. Malacarne, P. R. B. Pedreira, A. C. Bento, M. L. Baesso, and J. Shen, Appl. Phys. Lett. 91, 191908 (2007).
[CrossRef]

C. Jacinto, M. V. D. Vermelho, M. T. de Araujo, P. T. Udo, N. G. C. Astrath, A. C. Bento, T. Catunda, and M. L. Baesso, Opt. Express 15, 9232 (2007).
[CrossRef]

Borrero-González, L. J.

L. J. Borrero-González, I. A. A. Terra, L. A. O. Nunes, A. M. Farias, M. J. Barboza, J. H. Rohling, A. N. Medina, and M. L. Baesso, Appl. Phys. B 107, 415 (2012).
[CrossRef]

I. A. A. Terra, L. J. Borrero-González, L. A. O. Nunes, M. P. Belancon, J. H. Rohling, M. L. Baesso, and O. L. Malta, J. Appl. Phys. 110, 083108 (2011).
[CrossRef]

Boulon, G.

Brenier, A.

Catunda, T.

de Araujo, M. T.

de Sousa, D. F.

D. F. de Sousa, L. A. O. Nunes, J. H. Rohling, and M. L. Baesso, Appl. Phys. B 77, 59 (2003).
[CrossRef]

Dorenbos, P.

P. Dorenbos, J. Lumin. 91, 155 (2000).
[CrossRef]

Farias, A. M.

L. J. Borrero-González, I. A. A. Terra, L. A. O. Nunes, A. M. Farias, M. J. Barboza, J. H. Rohling, A. N. Medina, and M. L. Baesso, Appl. Phys. B 107, 415 (2012).
[CrossRef]

A. Steimacher, M. J. Barboza, A. M. Farias, O. A. Sakai, J. H. Rohling, A. C. Bento, M. L. Baesso, A. N. Medina, and C. M. Lepienski, J. Non-Cryst. Solids 354, 4749 (2008).
[CrossRef]

Guyot, Y.

Herculano, L. S.

V. S. Zanuto, L. S. Herculano, M. L. Baesso, G. V. B. Lukasievicz, C. Jacinto, L. C. Malacarne, and N. G. C. Astrath, Opt. Mater. 35, 1129 (2013).
[CrossRef]

Jacinto, C.

Jurdyc, A.-M.

Lepienski, C. M.

A. Steimacher, M. J. Barboza, A. M. Farias, O. A. Sakai, J. H. Rohling, A. C. Bento, M. L. Baesso, A. N. Medina, and C. M. Lepienski, J. Non-Cryst. Solids 354, 4749 (2008).
[CrossRef]

Lima, S. M.

Lukasievicz, G. V. B.

V. S. Zanuto, L. S. Herculano, M. L. Baesso, G. V. B. Lukasievicz, C. Jacinto, L. C. Malacarne, and N. G. C. Astrath, Opt. Mater. 35, 1129 (2013).
[CrossRef]

Mahdi, M.

Malacarne, L. C.

V. S. Zanuto, L. S. Herculano, M. L. Baesso, G. V. B. Lukasievicz, C. Jacinto, L. C. Malacarne, and N. G. C. Astrath, Opt. Mater. 35, 1129 (2013).
[CrossRef]

N. G. C. Astrath, L. C. Malacarne, V. S. Zanuto, M. P. Belancon, R. S. Mendes, M. L. Baesso, and C. Jacinto, J. Opt. Soc. Am. B 28, 1735 (2011).
[CrossRef]

N. G. C. Astrath, L. C. Malacarne, P. R. B. Pedreira, A. C. Bento, M. L. Baesso, and J. Shen, Appl. Phys. Lett. 91, 191908 (2007).
[CrossRef]

Malta, O. L.

I. A. A. Terra, L. J. Borrero-González, L. A. O. Nunes, M. P. Belancon, J. H. Rohling, M. L. Baesso, and O. L. Malta, J. Appl. Phys. 110, 083108 (2011).
[CrossRef]

Medina, A. N.

L. J. Borrero-González, I. A. A. Terra, L. A. O. Nunes, A. M. Farias, M. J. Barboza, J. H. Rohling, A. N. Medina, and M. L. Baesso, Appl. Phys. B 107, 415 (2012).
[CrossRef]

Y. Guyot, A. Steimacher, M. P. Belancon, A. N. Medina, M. L. Baesso, S. M. Lima, L. H. C. Andrade, A. Brenier, A.-M. Jurdyc, and G. Boulon, J. Opt. Soc. Am. B 28, 2510 (2011).
[CrossRef]

A. Steimacher, M. J. Barboza, A. M. Farias, O. A. Sakai, J. H. Rohling, A. C. Bento, M. L. Baesso, A. N. Medina, and C. M. Lepienski, J. Non-Cryst. Solids 354, 4749 (2008).
[CrossRef]

Mendes, R. S.

Noginov, M. A.

Nunes, L. A. O.

L. J. Borrero-González, I. A. A. Terra, L. A. O. Nunes, A. M. Farias, M. J. Barboza, J. H. Rohling, A. N. Medina, and M. L. Baesso, Appl. Phys. B 107, 415 (2012).
[CrossRef]

I. A. A. Terra, L. J. Borrero-González, L. A. O. Nunes, M. P. Belancon, J. H. Rohling, M. L. Baesso, and O. L. Malta, J. Appl. Phys. 110, 083108 (2011).
[CrossRef]

D. F. de Sousa, L. A. O. Nunes, J. H. Rohling, and M. L. Baesso, Appl. Phys. B 77, 59 (2003).
[CrossRef]

Ohishi, Y.

Y. Arai, T. Yamashidta, T. Suzuki, and Y. Ohishi, J. Appl. Phys. 105, 083105 (2009).
[CrossRef]

T. Yamashita and Y. Ohishi, Electron. Lett. 43, 88 (2007).
[CrossRef]

Ostermayer, J. F. W.

J. F. W. Ostermayer and L. G. V. Uitert, Phys. Rev. B 1, 4208 (1970).
[CrossRef]

Pedreira, P. R. B.

N. G. C. Astrath, L. C. Malacarne, P. R. B. Pedreira, A. C. Bento, M. L. Baesso, and J. Shen, Appl. Phys. Lett. 91, 191908 (2007).
[CrossRef]

Rohling, J. H.

L. J. Borrero-González, I. A. A. Terra, L. A. O. Nunes, A. M. Farias, M. J. Barboza, J. H. Rohling, A. N. Medina, and M. L. Baesso, Appl. Phys. B 107, 415 (2012).
[CrossRef]

I. A. A. Terra, L. J. Borrero-González, L. A. O. Nunes, M. P. Belancon, J. H. Rohling, M. L. Baesso, and O. L. Malta, J. Appl. Phys. 110, 083108 (2011).
[CrossRef]

A. Steimacher, M. J. Barboza, A. M. Farias, O. A. Sakai, J. H. Rohling, A. C. Bento, M. L. Baesso, A. N. Medina, and C. M. Lepienski, J. Non-Cryst. Solids 354, 4749 (2008).
[CrossRef]

D. F. de Sousa, L. A. O. Nunes, J. H. Rohling, and M. L. Baesso, Appl. Phys. B 77, 59 (2003).
[CrossRef]

Sakai, O. A.

A. Steimacher, M. J. Barboza, A. M. Farias, O. A. Sakai, J. H. Rohling, A. C. Bento, M. L. Baesso, A. N. Medina, and C. M. Lepienski, J. Non-Cryst. Solids 354, 4749 (2008).
[CrossRef]

Shen, J.

N. G. C. Astrath, L. C. Malacarne, P. R. B. Pedreira, A. C. Bento, M. L. Baesso, and J. Shen, Appl. Phys. Lett. 91, 191908 (2007).
[CrossRef]

Steimacher, A.

Y. Guyot, A. Steimacher, M. P. Belancon, A. N. Medina, M. L. Baesso, S. M. Lima, L. H. C. Andrade, A. Brenier, A.-M. Jurdyc, and G. Boulon, J. Opt. Soc. Am. B 28, 2510 (2011).
[CrossRef]

A. Steimacher, M. J. Barboza, A. M. Farias, O. A. Sakai, J. H. Rohling, A. C. Bento, M. L. Baesso, A. N. Medina, and C. M. Lepienski, J. Non-Cryst. Solids 354, 4749 (2008).
[CrossRef]

Suzuki, T.

Y. Arai, T. Yamashidta, T. Suzuki, and Y. Ohishi, J. Appl. Phys. 105, 083105 (2009).
[CrossRef]

Terra, I. A. A.

L. J. Borrero-González, I. A. A. Terra, L. A. O. Nunes, A. M. Farias, M. J. Barboza, J. H. Rohling, A. N. Medina, and M. L. Baesso, Appl. Phys. B 107, 415 (2012).
[CrossRef]

I. A. A. Terra, L. J. Borrero-González, L. A. O. Nunes, M. P. Belancon, J. H. Rohling, M. L. Baesso, and O. L. Malta, J. Appl. Phys. 110, 083108 (2011).
[CrossRef]

Udo, P. T.

Uitert, L. G. V.

J. F. W. Ostermayer and L. G. V. Uitert, Phys. Rev. B 1, 4208 (1970).
[CrossRef]

Venkateswarlu, P.

Vermelho, M. V. D.

Yamashidta, T.

Y. Arai, T. Yamashidta, T. Suzuki, and Y. Ohishi, J. Appl. Phys. 105, 083105 (2009).
[CrossRef]

Yamashita, T.

T. Yamashita and Y. Ohishi, Electron. Lett. 43, 88 (2007).
[CrossRef]

Zanuto, V. S.

V. S. Zanuto, L. S. Herculano, M. L. Baesso, G. V. B. Lukasievicz, C. Jacinto, L. C. Malacarne, and N. G. C. Astrath, Opt. Mater. 35, 1129 (2013).
[CrossRef]

N. G. C. Astrath, L. C. Malacarne, V. S. Zanuto, M. P. Belancon, R. S. Mendes, M. L. Baesso, and C. Jacinto, J. Opt. Soc. Am. B 28, 1735 (2011).
[CrossRef]

Appl. Phys. B (2)

L. J. Borrero-González, I. A. A. Terra, L. A. O. Nunes, A. M. Farias, M. J. Barboza, J. H. Rohling, A. N. Medina, and M. L. Baesso, Appl. Phys. B 107, 415 (2012).
[CrossRef]

D. F. de Sousa, L. A. O. Nunes, J. H. Rohling, and M. L. Baesso, Appl. Phys. B 77, 59 (2003).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (1)

N. G. C. Astrath, L. C. Malacarne, P. R. B. Pedreira, A. C. Bento, M. L. Baesso, and J. Shen, Appl. Phys. Lett. 91, 191908 (2007).
[CrossRef]

Electron. Lett. (1)

T. Yamashita and Y. Ohishi, Electron. Lett. 43, 88 (2007).
[CrossRef]

J. Appl. Phys. (2)

I. A. A. Terra, L. J. Borrero-González, L. A. O. Nunes, M. P. Belancon, J. H. Rohling, M. L. Baesso, and O. L. Malta, J. Appl. Phys. 110, 083108 (2011).
[CrossRef]

Y. Arai, T. Yamashidta, T. Suzuki, and Y. Ohishi, J. Appl. Phys. 105, 083105 (2009).
[CrossRef]

J. Lumin. (1)

P. Dorenbos, J. Lumin. 91, 155 (2000).
[CrossRef]

J. Non-Cryst. Solids (1)

A. Steimacher, M. J. Barboza, A. M. Farias, O. A. Sakai, J. H. Rohling, A. C. Bento, M. L. Baesso, A. N. Medina, and C. M. Lepienski, J. Non-Cryst. Solids 354, 4749 (2008).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. B (3)

Opt. Express (1)

Opt. Mater. (1)

V. S. Zanuto, L. S. Herculano, M. L. Baesso, G. V. B. Lukasievicz, C. Jacinto, L. C. Malacarne, and N. G. C. Astrath, Opt. Mater. 35, 1129 (2013).
[CrossRef]

Phys. Rev. B (1)

J. F. W. Ostermayer and L. G. V. Uitert, Phys. Rev. B 1, 4208 (1970).
[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 (5)

Fig. 1.
Fig. 1.

Absorption and emission spectra of 5.0 wt. % LSCAS:Tb3+ glass. Emission was obtained under 325 nm excitation.

Fig. 2.
Fig. 2.

Energy level diagram of Tb ions in a LSCAS host. Solid arrows indicate absorptions and stimulated emissions. Dashed arrows represent radiative and nonradiative decays.

Fig. 3.
Fig. 3.

Schematic of the TM experimental setup used: Mi, mirrors; Li, lenses; Pi, photodiodes; f, focal length lens. The experimental parameters are: ωp=(940±6)μm, V=18.0, and ωe=(84.0±0.6)μm.

Fig. 4.
Fig. 4.

(a) Normalized transient signals of LSCAS:Tb3+ glasses with different concentrations of Tb3+ at λe=488nm with Pe=0.3W. The continuous lines represent the fits to I(t). (b) Thermal mirror amplitude, θTM, as a function of the excitation power. The experimental parameters are: ωp=(940±6)μm, V=18.0, and ωe=(84.0±0.6)μm.

Fig. 5.
Fig. 5.

Fluorescence quantum efficiency (η3) and lifetime (τ3) of the D53F7j transition, and the cross-relaxation efficiency (ηCR) as a function of Tb3+ concentration. The inset shows the decay intensities. Dashed lines are guides for the eye.

Tables (1)

Tables Icon

Table 1. Thermo-Optical Properties of the Samples

Equations (3)

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

N˙0=R1N0+N2τ21+η3τ31N3,
N˙2=R1N0R2N2N2τ21+(1η3)τ31N3,
N˙3=R2N2N3τ31.

Metrics