NIR luminescence and energy transfer kinetics in Nd<sup>3+</sup>/Yb<sup>3+</sup> co-doped sodium aluminium bismuth fluoro-borosilicate glasses
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2019
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22649-22659(11쪽)
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<P><B>Abstract</B></P> <P>Here, we demonstrate the results pertaining to energy transfer kinetics in Nd<SUP>3+</SUP>/Yb<SUP>3+</SUP> ions combinedly doped in oxy-fluoride based sodium aluminum bismuth fluoro-borosilicate glasses. The thermal stability for the parent NABFBS glass is evaluated from TG-DTA measurement, and Raman & FT-IR spectral profiles were investigated to realize the influence of phonon energy of host NABFBS glass and OH<SUP>−</SUP> content on luminescence features of Nd<SUP>3+</SUP> and Yb<SUP>3+</SUP> ions. Upon pumping at 808 nm, Nd<SUP>3+</SUP> glasses displayed intense NIR emission for 1 mol% concentration at 903, 1068 and 1348 nm labeled to corresponding transitions <SUP>4</SUP>F<SUB>3/2</SUB>→<SUP>4</SUP>I<SUB>9/2</SUB>, <SUP>4</SUP>F<SUB>3/2</SUB>→<SUP>4</SUP>I<SUB>11/2</SUB> and <SUP>4</SUP>F<SUB>3/2</SUB>→<SUP>4</SUP>I<SUB>13/2</SUB>. Effect of multiphonon-, cross-relaxation and OH<SUP>−</SUP> group on Nd<SUP>3+</SUP> emission causing luminescence quenching above 1.0 mol % Nd<SUP>3+</SUP> is interpreted. The sensitizing effect of Nd<SUP>3+</SUP> emission on Yb<SUP>3+</SUP> luminescence is investigated by co-doping Nd<SUP>3+</SUP> ion (optimized to 1 mol%) with different Yb<SUP>3+</SUP> ion concentrations. The probability of energy-transfer (ET) between these ions has been substantiated by the considerable spectral overlap of Yb<SUP>3+</SUP> absorption and Nd<SUP>3+</SUP> emission, luminescence features, emission decay rates and energy level diagram. On co-doping Yb<SUP>3+</SUP> to Nd<SUP>3+</SUP>, the emission intensity of Yb<SUP>3+</SUP>is enhanced along with simultaneous decrement in Nd<SUP>3+</SUP> emission owing to transfer of Nd<SUP>3+</SUP> excitation energy. This process is further supported by the shortening of Nd<SUP>3+</SUP> life-times in co-doped glasses compared with individually Nd<SUP>3+</SUP> doped glasses. The probability of transfer of energy in Nd<SUP>3+</SUP> and Yb<SUP>3+</SUP> combinedly doped system is estimated along the same lines of Dexter's theory and Inokuti-Hirayama (I-H) fitting model for dipole-dipole coupling. The results reveal that, the energy-transfer mechanism from Nd<SUP>3+</SUP>(<SUP>4</SUP>F<SUB>3/2</SUB>)→Yb<SUP>3+</SUP>(<SUP>4</SUP>F<SUB>5/2</SUB>) is a non-radiative type governed by electric dipole-dipole interaction with phonon assistance. The energy transfer parameters, donor-acceptor coupling constant (<I>C</I> <SUB>DA</SUB>), energy-transfer efficiency (<I>η</I>) and probability of energy transfer (<I>P</I>) for co-doped glasses are computed from lifetime curves. In addition, back energy transfer Nd<SUP>3+</SUP>←Yb<SUP>3+</SUP> is also investigated.</P>
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