Eine systematische spektroskopische Charakterisierung von Er3+-dotiertem LiYF4 wurde mittels energie- und zeitaufgelöster Lumineszenzspektroskopie durchgeführt, mit dem Ziel, die elektronische Relaxation in diesem System zu analysieren. Die Untersuchungen konzentrieren sich auf diejenigen Energietransferprozesse innerhalb der Er3+-Ionen, die zu optischen Übergängen führen. Der Einfluss verschiedener Parameter wie Temperatur, Dotierungskonzentration und Ausgangszustand der Anregung wurde berücksichtigt, um möglichst vollständige Informationen über die elektronische Relaxation zu erhalten.
Die Lumineszenz von LiYF4:Er3+ wurde in einem weiten Spektralbereich von 150 nm bis hin zu 1100 nm untersucht. Die VUV-Emissionen haben ihren Ursprung in interkonfiguralen 4f115d-4f11-Übergängen in Er3+. Die erstmalig durchgeführten zeitaufgelösten Lumineszenzmessungen ermöglichen die Unterscheidung und Zuordnung einer Reihe von d-f –Übergängen. Relaxationen innerhalb der f-Niveaus wurden ebenfalls betrachtet. Anregungsspektren der intensivsten Emissionsbänder wurden aufgenommen und ausgewertet.
Die Er3+-Dotierungskonzentration wurde zwischen 1 % und 30 % variiert. Die qualitativen Änderungen in der Lumineszenz in Abhängigkeit von der Er3+-Konzentration wurde untersucht und eine Analyse der Konzentrationsabhängigkeit der Er3+-5d-4f-Emission durchgeführt. Zusätzlich wurden die Abklingcharakteristiken der Spin-erlaubten und der Spin-verbotenen Lumineszenz in Abhängigkeit von der Dotierungskonzentration gemessen. Die Kombination dieser zwei unabhängigen Datensätze (d. h. Lumineszenzintensität und Abklingkurven) ermöglicht die Bestimmung einer Reihe von wichtigen Parametern, die die elektronische Relaxation im gegebenen System beschreiben.
Die beobachteten Änderungen der Lumineszenzeigenschaften innerhalb eines großen Temperaturbereichs zwischen 6 K und etwa 900 K unterstreichen den Einfluss der Temperatur auf die elektronische Relaxationsprozesse. Die zusätzliche Untersuchung von nominell reinem LiYF4 gab Auskunft über die elektronischen Zustände des Wirtsgitters. Desweiteren werden experimentelle Ergebnisse diskutiert, die die LiYF4:Er3+-Lumineszenz nach Innerschalenanregungen betreffen, mit dem Ziel, die Relaxationsprozesse in diesem System nach Anregungen mit Energien weit oberhalb der Bandlücke zu verfolgen.A systematic spectroscopic characterization of LiYF4 doped with Er3+ with an attempt to analyse the electronic relaxation was performed using energy- and time-resolved luminescence spectroscopy. The examinations is focused on the energy transfer processes within the Er3+ ions leading to the optical transitions. The influence of the different parameters such as temperature, doping concentration and initial excited state was treated to provide complementary information concerning the electronic relaxation.
The luminescence of LiYF4:Er3+ system was investigated in a wide spectral range from 150 nm up to 1100 nm. The VUV emission originates from the inter-configurational 4f105d-4f11 transitions of Er3+. For the first time, careful time-resolved luminescence measurements allow to distinguish and assign a number of d-f transitions. The relaxations within the f-manifold were analysed as well. Excitation spectra of the most intense emission bands were recorded and compared.
The Er3+ doping concentration was varied from 1% to 30%. The qualitative alterations of the luminescence following changes of the Er3+ concentration were studied and an analysis of the concentration dependency of the Er3+ 5d–4f emission has been performed. In addition, the decay kinetics of the spin-allowed and spin-forbidden luminescence as a functions of doping concentration were measured. The combination of these independently obtained data sets (i.e. luminescence intensity and decay kinetics measurements) yields a number of important parameters describing electronic relaxation in the given system.
The observed change in the luminescence properties over a wide temperature range from 6 to ~ 900 K highlight the role of the temperature in the electronic relaxation processes. The additional investigation of the nominally pure LiYF4 gave information about the electronic states of the host matrix.
Some experimental results concerning LiYF4:Er system under inner-shell excitation were discussed with an attempt to trace the relaxation processes in this system after excitation with energies much higher than the band-gap.