Kurzfassung
In dieser Arbeit werden Prozesse analysiert, die eine frequenzkonvertierte grüne Emission (5S2→5I8) des Ho3+ Ions bei infraroter Anregung (700nm-900nm) in verschiedenen kristallinen Wirten (YAlO3, YLiF4, BaY2F8) ermöglichen. Insbesonderes “Avalanche Anregungmechanismen“ werden analysiert. Weiterhin wird die Möglichkeit untersucht, die frequenzkonvertierte grüne Emission (5S2→5I8) des Ho3+ Ions durch Avalanche Anregungsprozesse in Ho3+,Yb3+:YAlO3 und Ho3+,Yb3+:YLiF4 unter Anregung im Spektralbereich 750-840nm zu erhalten. Einflüsse auf den Upconversion-Prozeß, wie die Excited State Absorption und die Kreuzrelaxation, werden durch spectroskopische Messungen bestimmt. Ein Differentialgleichungssystem (basierend auf Ratengleichungen) wird zur Beschreibung der Mechanismen der Frequenzkonversion benutzt und numerisch gelöst. Die Ergebnisse werden mit den experimentellen Daten verglichen. Eine Reduzierung dieses Systems auf ein vereinfachtes Drei-Niveau-System, welches das Grundzustandsniveau, das emittierende Niveau und das mittlere Niveau berücksichtigt, ist dargestellt. Die Unterschiede zwischen den Photon-Avalanche Mechanismen und den “looping” Mechanismen werden auf der Basis dieses vereinfachten Systems diskutiert.
Für Pr3+,Yb3+: BaY2F8 wird die Möglichkeit untersucht sichtbare frequenzkonvertierte Emission durch Avalanche-Mechanismen zu erhalten. Dabei kann grüne, blaue und rote Emission durch Avalanche-Anregungsmechanismen unter Infrarotanregung um 820 nm und 840 nm beobachten werden.
Die Parameter des Systems werden ebenso wie im Fall der Ho3+-Systeme durch detaillierte spektroskopische Untersuchungen bestimmt. Diese bestehen aus polarisierter Absorptions- und Emissionsspektren, sowie ESA Messungen mit Hilfe der “pump and probe” Technik und Lebensdauermessungen.
Es konnte die frequenzkonvertierte orangene (607,5nm, 3P0 → 3H6) und rote (638.7nm, 3P0 → 3F2) Lasertätigkeit unter Ti-Saphir-Laseranregung bei 822 nm und 841 nm bei Raumtemperatur gezeigt werden. Die maximale cw-Laserleistung beträgt 55mW bei 607,5nm mit einem differentiellen Wirkungsgrad von 27% bei Raumtemperatur. Im roten Spektralbereich (638,7nm) beträgt die maximale cw-Laserleistung 26mW mit einem differentiellen Wirkungsgrad von 13,5%.
This work analyzes the mechanisms that enable the upconverted green emission (5S2→5I8) of the Ho3+ ion under infrared excitation (700nm-900nm) in several crystalline hosts (YAlO3, YLiF4, BaY2F8) with a special attention to the avalanche excitation mechanism. The possibility to obtain upconverted green emission (5S2→5I8) of the Ho3+ ion due to avalanche excitation mechanism in Ho3+,Yb3+:YAlO3 and Ho3+,Yb3+:YLiF4 under excitation in the spectral range 750-840nm were also studied. Parameters involved in the upconversion such as excited state absorption (ESA) cross section and cross-relaxation rates were determined from spectroscopic measurements. A system of differential equations (rate equations) was used to describe the upconversion mechanism and was numerically solved. The results were compared with experimental data. A reduction of this system to a 3-level “simplified system” was presented The simplified system includes only the ground state level, the emitting level, and the intermediate level. The differences between the photon-avalanche mechanism and looping mechanism were discussed and analyzed according to this simplified system.
In the Pr3+-Yb3+:BaY2F8 system the possibility to obtain visible upconverted emission due to an avalanche mechanism was investigated. Upconverted green, blue and red emission due to avalanche excitation mechanism under infrared excitation around 822nm and 841nm were put into evidence. The parameters of the system were determined as in the case of Ho3+ systems by detailed spectroscopic investigations including polarized absorption and emission spectra, ESA measurement by pump and probe technique and lifetime measurements.
Also upconverted orange (607.5nm, 3P0 → 3H6) and red (638.7nm, 3P0 → 3F2) laser oscillation at room temperature were obtained in Pr3+, Yb3+:BaY2F8 under excitation at 822nm or 841nm. The excitation source was a Ti:Sapphire laser. Output powers up to 55mW and slope efficiencies up to 27% were demonstrated at 607.5nm. At 638.7nm the maximum output power was 26mW with a slope efficiency of about 13.5%.