Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio (Nov 2022)
Judd–Ofelt and luminescence study of Dysprosium-doped lithium borosilicate glasses for lasers and w-LEDs
Abstract
The effect of Dysprosium concentration has been studied in glasses of the system 30 SiO2 + 30 Li2O + (40−x) B2O3 + x Dy2O3 glass system where x = 0.5, 1, 2.5, 5 and 10 mol%. FT-IR studies were performed to understand the functional groups of the network involved in the host glass. The optical band gap is found in the range of 3.84–3.5 eV. From the absorption spectra, the experimental data were compared with the theoretical data computed by Judd–Ofelt theory. Nephelauxetic ratio (β) and bonding parameters (δ) computed using the absorption spectrum. The Judd–Ofelt parameters (Ω2, Ω4, and Ω6) obtained demonstrates the covalent and asymmetric nature of dysprosium ions. From the visible emission spectra, the intensity ratios were calculated from yellow to blue and the relative differences were discussed based on the concentration of Dy3+ ions. CIE chromaticity coordinates were calculated for all glass samples. A CIE chromatogram shows a glass containing 0.5 mol% Dy2O3 with color coordinates X = 0.32 and Y = 0.33 with the highest emission intensity. These glasses have great potentials for lasers and white LEDs (Light-Emitting Diode) applications. Resumen: Se ha estudiado el efecto de la concentración de disprosio en vidrios del sistema 30 SiO2 + 30 Li2O + (40-x) B2O3 + x Dy2O3, donde x = 0,5%, 1%, 2,5%, 5% y 10% en moles. Los estudios de FT-IR se realizaron para investigar y entender los grupos funcionales de la red que compone el vidrio. La banda prohibida óptica se encuentra entre 3,84 y 3,5 eV.Observando los espectros de absorción, los datos experimentales se compararon con los cálculos teóricos computados con la teoría de Judd-Ofelt. El nephelauxetic ratio (β) y los parámetros de unión (δ) se calcularon utilizando los espectros de absorción. Los parámetros (Ω2, Ω4 y Ω6), obtenidos mediante Judd-Ofelt, demuestran el carácter covalente y asimétrico de los iones de disprosio. A partir de los espectros de emisión visible se calcularon las relaciones de intensidad desde amarillo hasta azul, y se discutieron las diferencias relativas, basándose en la concentración de iones Dy3+. Se calcularon las coordenadas de cromaticidad CIE para todas las muestras de vidrio. El cromatograma CIE correspondiente a un vidrio que contiene 0,5% en moles de Dy2O3 muestra coordenadas de color X = 0,32 y Y = 0,33, con la mayor intensidad de emisión. Este conjunto de vidrios tiene un gran potencial para su posible uso en aplicaciones como láseres y LED blancos.
