Determinació de la ubicació estructural dels ions Yb3+ i Nb3+ en Yb:RTP, Nb:RTP i (Nb,Yb):RTP

Estudi elaborat a partir d’una estada al Stony Brook University al juliol del 2006. El RbTiOPO4 (RTP) monocristal•lí és un material d' òptica no lineal molt rellevant i utilitzat en la tecnologia làser actual, químicament molt estable i amb unes propietats físiques molt destacades, entre elles destaquen els alts coeficients electro-òptics i l'alt llindar de dany òptic que presenta. En els últims anys s’està utilitzant tecnològicament en aplicacions d'òptica no lineal en general i electro-òptiques en particular. En alguns casos ja ha substituït, millorant prestacions, a materials tals com el KTP o el LNB(1). Dopant RTP amb ions lantànids (Ln3+) (2-4), el material es converteix en un material làser auto-doblador de freqüència, combinant les seves propietats no lineals amb les de matriu làser. El RTP genera radiació de segon harmònic (SHG) a partir d’un feix fonamental amb longituds d’ona inferiors a 990 nm, que és el límit que presenta el KTP.La determinació de la ubicació estructural i l’estudi de l'entorn local del ions actius làser és de fonamental importància per a la correcta interpretació de les propietats espectroscòpiques d’aquest material. Mesures de difracció de neutrons sobre mostra de pols cristal•lí mostren que els ions Nb5+ i Ln3+ només substitueixin posicions de Ti4+ (8-9). Estudis molt recents d'EPR (electron paramagnetic resonance) semblen indicar que quan la concentració d'ió Ln3+ es baixa, aquest ió presenta la tendència a substituir l'ió alcalí present a l'estructura (10).Després dels resultats obtinguts en el present treball a partir de la tècnica EXAFS a la instal•lació sincrotò del Brookhaven National Laboratory/State University of New York (Stony Brook) es pot concloure definitivament que els ions Nb s’ubiquen en la posició Ti (1) i que els ions Yb3+ es distribueixen paritariament en les dues posicions del Ti (1 i 2). Aquests resultats aporten una valuosa informació per a la correcta interpretació dels espectres, tant d’absorció com d’emissió, del material i per la avaluació dels paràmetres del seu comportament durant l'acció làser.

Report for the scientific sojourn carried out at the Stony Brook University in july 2006. RbTiOPO4 (RTP) is a very well known non-linear optical material, whose physical properties such as high electro-optical coefficients, high optical damage threshold, low dielectric constants and chemical stability, have attracted attention in the last few years due to its important possible applications in nonlinear optics and electro-optics, that, in some cases, can be even better than those of its counterpart KTiOPO4 (KTP).1 Doping RTP with lanthanide ions (Ln3+)2 is, additionally, an interesting approach for producing self-frequency doubled laser output in the visible by combining the non-linear optical properties of the matrix with the laser emission of the Ln3+. This doping can also induce second harmonic generation (SHG) for fundamental wavelengths shorter than 990 nm, below the limit established for KTP. The determination of the lattice location and local environment of the active ions is of fundamental importance for the correct interpretation of the spectroscopic properties of these materials. Neutron powder diffraction showed that Nb and Ln cations only substitute Ti positions.5 But recent studies performed by electron paramagnetic resonance seem to indicate that when the Ln3+ is at low concentrations, these ions tend to substitute the alkali metal in the structure instead of Ti4+.After the results obtained in the present work by EXAFS technique at the Brookhaven National Laboratory/ State University of New York (Stony Brook), it can be conclude that Nb ion substitutes to Ti in position (1) and that Yb goes to (1) and (2) by similar statistical amount. This information is important and it can say crucial in order to perform a correct interpretation about absorption and emission spectra and also to understand the laser action behaviour of the material.