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f-d Transitions of Divalent Ytterbium Ions in Halide Crystals

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lent rare-earth ions doped into transparent host materials. The popular solid-state laser of Nd 3+ : YAG, for example, utilizes the 1:05 m electronic transition from the 4 F 3=2 to 4 I 11=2 multiplets within the 4f 3 conguration of the Nd 3+ ion (Ref. [2] Chapter 6). Similarly, the Er uorescence at 1 :5 m, emitted from the rst excited multiplet 4 I 13=2 of the 4f 11 conguration, is important because of its high quantum eciency and optimal wavelength for optical amplication in telecommunications. Green uorescence of Er 3+ from the 4 S 3=2 state can be induced through upconversion excitation from several states at lower energies (Ref. [2] Chapter 5). These applications utilize the unique properties of the 4f electrons that have localized states and exhibit weak coupling to ligand electrons and lattice vibrations. The 4f spectro- scopic properties, including the energy level structure and the dynamics of the electronic transitions of rare-earth ions in solids, thus primarily dene the optical properties of a rare-earth activated device. The rst scientist to study the optical properties of rare-earth was Becquerel Ref. [3], at the beginning of the 20 th century. He realized, that in many solids, these lines were as narrow as those commonly observed in the spectra of the free atoms or free molecules. This feature is particularly attractive since it allows one to investigate interactions in a crystal by using optical spectroscopy techniques. Since these sharp lines are associated with transi- tions of the 4f! 4f type , they are forbidden for electric dipole radiation by the parity selection rule. However, they are usually observed in crystals since the interaction of the rare-earth ion with the crystal eld or with the lattice vibrations can mix states of dierent parity into the 4 f states. Although these admixtures make the transitions observable, their oscillator strengths remain relatively low ( 10 6 ). The energy levels structure of the 4f electrons can be determined with good accuracy from a Hamiltonian containing the Coulomb and spin-orbit inter- actions which are roughly of the same order of magnitude. This has been the case for many trivalent rare-earth ions for which a lot of experimental and theoretical work has been performed. For the trivalent rare-earth ions, 2
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Informazioni tesi

  Autore: Gabriele Bellocchi
  Tipo: Laurea liv.II (specialistica)
  Anno: 2009-10
  Università: Università degli Studi di Catania
  Facoltà: Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali
  Corso: Fisica
  Relatore: Francesco Priolo
  Lingua: Inglese
  Num. pagine: 76

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Parole chiave

spectroscopy
luminescence
rare earth
halide crystal

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