Preparação e caracterização de vidros de TeO2 dopados com terras raras

Abstract

Foram preparados pelo método de fusão vidros tendo como constituinte maioritário o TeO2, com composição molar (70-x-y)TeO2-20WO3-10Y2O3- xEr2O3-yYb2O3, com x=0 e 0,5 e y=0, 0,5, 1, 2 e 4. Este sistema vítreo relevou ser promissor para potenciais aplicações em amplificação ótica, em particular em amplificadores óticos de fibra dopada com érbio (EDFA – “Erbium-doped fiber amplifier”) e de Raman, e também em conversão espectral para aplicações na tecnologia fotovoltaica. Através de espectroscopia de Raman e com a linha de excitação de 532 nm, verificou-se que este sistema vítreo apresenta um espectro com bandas que caracterizam as ligações Te-O e W-O. Os componentes minoritários Y2O3, Er2O3 e Yb2O3 são nesse contexto considerados como pequenas perturbações. A largura de banda de Raman torna este sistema vítreo promissor no desenvolvimento de amplificadores de Raman. A utilização da linha de excitação UV (325 nm) induz alterações na superfície destas amostras. A análise ótica permitiu verificar um aumento da intensidade das emissões de upconversion com o aumento da concentração de iões sensitizadores Yb3+. A emissão do Er3+ na região espectral do vermelho (transição 4F9/2 4I15/2) é a mais favorecida com o aumento de concentração dos sensitizadores. A emissão do Er3+ em torno dos 1540 nm apresenta uma largura a meia altura de cerca de 100 nm para temperaturas entre os 70 e 300 K, tratando-se de um valor bastante promissor quando comparado com os valores reportados para outros sistemas vítreos, considerando a amplificação ótica como uma potencial aplicação. A análise elétrica permitiu verificar um aumento da condutividade dc com o aumento da energia de ativação na região de mais altas temperaturas, indicando que deverá ocorrer ai um aumento considerável do número de portadores de carga disponíveis. No caso ac, na gama de altas temperaturas, a condutividade tende a diminuir com o aumento da concentração de Yb3+, enquanto que a energia de ativação tende a aumentar, indicando que o parâmetro mais importante para este mecanismo de condução é a mobilidade dos portadores de carga. Para todas as amostras, a constante dielétrica não varia significativamente com a temperatura e frequência. Esta grandeza tende a diminuir com o aumento da concentração de Yb3+.

TeO2 based glasses were prepared by the melt-quenching technique, with the molar compostion (70-x-y)TeO2-20WO3-10Y2O3-xEr2O3-yYb2O3, with x=0 e 0,5 e y=0, 0,5, 1, 2 e 4. This vitreous system was found to be promising for potential applications in optical amplification, in particular in erbium doped fiber optical amplifiers (EDFA) and Raman amplifiers, and also in spectral conversion for applications in photovoltaic technology. Through Raman spectroscopy and using the laser excitation of 532 nm it was verified that this vitreous system has a spectrum with bands associated to Te-O and W-O vibrations. The minority components Y2O3, Er2O3 and Yb2O3 are regarded as small pertubations. The observed bandwidth makes this system promising for the development of Raman amplifiers. The use of the UV laser excitation of 325 nm induced surface modifications on the samples. The optical analysis showed an increase of the intensity of the upconversion emissions with the increase of the content of the sensitizer ions Yb3+. The Er3+ emission arround 1540 nm has a full width at half maximum of about 100 nm in the temperature range of 70-300 K, which is a very interesting value when compared to those reported for other glass systems, considering optical amplification as a potencial application. The electrical analysis allowed to verify an increase of the dc conductivity with the increase of the activation energy in the region of high temperatures, indicating an increase of the number of avaible charge carriers. In the ac regime, and in the high temperature region, the conductivity tends to decrease with the increase of the concentration of Yb3+ ions, while the activation energy tends to increase, suggesting that the most important parameter for this conduction mechanism is the mobility of the charge carriers. For all the samples, the dielectric constant does not change significantly with the temperature and frequency. This quantity tends to decrease with the increase of the concentration of Yb3+ ions.