Broad-spectrum and long-lifetime emissions of Nd3+ ions in lead fluorosilicate glass

A novel Nd3+-doped lead fluorosilicate glass (NPS glass) is prepared by a two-step melting process. Based on the absorption spectrum a Judd-Ofelt theory analysis is made. The emission line width of NPS glass is 44.2nm. The fluorescence decay lifetime of the 4F3/2 level is 586±20μsec, and the stimulated emission cross-section is 0.87×10-20cm2 at 1056nm. A laser oscillation is occurred at 1062nm when pumped by 808nm Diode Laser. The slope efficiency is 23.7% with a 415mJ threshold. It is supposed that NPS glass is a good candidate for using in ultra-short pulse generation and amplification by the broad emission bandwidth and long fluorescence lifetime.

染料掺杂聚合物薄膜放大自发发射和受激发射的研究

随着有机／聚合物电致发光材料在有机发光二极管上的应用以及有机晶体管和有机太阳能电池的研制成功，有机／聚合物电致发光材料的优异的光电性能、低廉的生产成本、简单的加工工艺、宽广的选材范围和良好的机械性能等优点极大地吸引科学家们的研究兴趣，并开始了有机／聚合物发光薄膜的放大的自发发射和受激发射行为的研究。有机分子和聚合物的诸多如易得、廉价、结构多样、功能易调节、大的横截面积、高的荧光量子效率和低的自吸收等优点使其制成的激光器在未来光纤通讯领域中呈现了诱人的应用前景。新的有机激光材料不断涌现、器件结构不断推陈出新、新的激发原理不断提出并得到修正已经成为有机／聚合物固体激光研究领域的三大特点。本论文以研究有机材料的激光特性为目的，通过对有机染料DCJTB和三芳胺取代1，8-蔡酰亚胺齐聚物掺杂聚合物薄膜的放大的自发发射和受激发射特性的研究，探讨实现低闭值、高增益光泵浦有机聚合物激光的方法及影响器件性能的因素，阐明放大自发发射的工作机制，为进一步探讨电泵浦有机聚合物激光器提供材料体系和理论依据。1、研究了DCJTB掺杂聚合物薄膜的放大自发发射特性，分析了光泵浦条件下光谱窄化的放大自发发射机制，对ASE增益和损耗进行了讨论和数值拟合，并对增益方程进行了饱和修正。DCJTB：PS薄膜具有较低的闺值（0．16mJ·Pulse~(_1)·cm-2）、高的增益系数（40．72cm-1）、低的损耗值2．49cm一l和高的荧光量子效率（70．4％），其波导增益的波长分布呈明显的洛仑兹分布，增益饱和是均匀展宽的。与DCM比较发现，自由体积是决定材料性能的重要因素，大的自由体积有利于实现低闭值、高增益。我们的研究结果表明，DCJTB是非常好的激光介质材料。2、从ASE的发射波长、ASE闭值、增益和损耗四个技术指标出发，详细研究了激发光波长、聚合物基体、旋涂速度及基片等对DCJTB：PS薄膜放大自发发射（ASE）的影响，短的激发波长和合适的基体材料可以显著地降低闭值和提高增益，薄膜厚度和基片也对ASE性能有很大影响。利用琢lord镜面体系，研究了DCJTB染料掺杂相列向液晶体系的分布反馈激光特性，在电场作用下，可以有效地对TE、TM两种模式的输出强度进行调解。3、把电子传输／发光有机小分子材料Alq3掺杂到DCJTB和C545T掺杂聚合物薄膜，研究了它们的放大自发发射特性。通过在不同激发光波长激发下不同Alq3掺杂浓度对ASE性能影响的研究，发现掺杂Alq3显著地降低了闭值，增加了增益和减小了损耗。由于Alq3是一种良好的半导体有机发光材料，Alq3的引入对电泵浦有机聚合物激光器的研究具有重要的意义。4、研究了三种在4位氨基位置引入不同三芳胺功能基团的红光1，8-蔡酞亚胺齐聚物的放大自发发射特性，研究结果表明，三芳胺取代1，8蔡酞亚胺齐聚物具有低阂值、高增益和低损耗的特点，显示了较小的浓度淬灭效应，即使掺杂浓度高到60％仍可以观察到放大的自发发射现象，表明三芳胺取代1，8茶酞亚胺是一类非常有应用前景的有机半导体激光材料体系。

Low-threshold conjugated polymer distributed feedback lasers on InP substrate

We demonstrate a low threshold polymer solid state thin-film distributed feedback (DFB) laser on an InP substrate with the DFB structure. The used gain medium is conjugated polymer poly[2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1, 4-phenylenevinylene] (MEH-PPV) doped polystyrene (PS) and formed by drop-coating method. The second order Bragg scattering region on the InP substrate gave rise to strong feedback, thus a lasing emission at 638.9nm with a line width of 1.2nm is realized when pumped by a 532nm frequency-doubled Nd: YAG pulsed laser. The devices show a laser threshold as low as 7 nJ/pulse.

Laserterapia em Implantologia

Projeto de Pós-Graduação/Dissertação apresentado à Universidade Fernando Pessoa como parte dos requisitos para obtenção do grau de Mestre em Medicina Dentária

Nonconservative current-induced forces: A physical interpretation

We give a physical interpretation of the recently demonstrated non-conservative nature of interatomic forces in current-carrying nanostructures. We start from the analytical expression for the curl of these forces, and evaluate it for a point defect in a current-carrying system. We obtain a general definition of the capacity of electrical current flow to exert a non-conservative force, and thus do net work around closed paths, by a formal non-invasive test procedure. Second, we show that the gain in atomic kinetic energy in time, generated by non-conservative current-induced forces, is equivalent to the uncompensated stimulated emission of directional phonons. This connection with electron-phonon interactions quantifies explicitly the intuitive notion that non-conservative forces work by angular momentum transfer.

Structures photoniques à base de nanocristaux de silicium

Il y a des indications que les nanocristaux de silicium (nc-Si) présentent un gain optique qui est potentiellement assez grand pour permettre l'amplification optique dans la gamme de longueurs d'ondes où une photoluminescence (PL) intense est mesurée (600- 1000 nm). Afin de fabriquer des cavités optiques, nous avons implantés des morceaux de silice fondue avec des ions de Si pour former une couche de nc-Si d'une épaisseur d'environ 1 μm. Le Si a été implanté à quatre énergies comprises entre 1 MeV et 1,9 MeV de manière à obtenir une concentration atomique de Si en excès variant entre 25% et 30%. Les pièces ont été flanquées de miroirs diélectriques composés de filtres interférentiels multicouches. Sur une plage de longueurs d'ondes d'environ 200 nm de large, un filtre réfléchit près de 100%, alors que l'autre a une réflexion moyenne d'environ 90%. Nous avons mesuré et comparé les spectres de PL de trois échantillons: le premier sans miroir, le second avec des filtres réfléchissant autour de 765 nm (entre 700 nm et 830 nm), et la troisième avec des filtres agissant autour de 875 nm (entre 810 nm et 940 nm). Lorsque les échantillons sont excités avec un laser pulsé à 390 nm, des mesures de photoluminescence résolue dans le temps (PLT) révèlent des taux de décroissance plus rapides en présence de miroirs dans le domaine de longueurs d'onde où ceux-ci agissent comparé aux échantillons sans miroirs. Aussi, l'intensité PL en fonction de la fluence d'excitation montre une augmentation plus rapide de la présence de miroirs, même si celle-ci reste sous-linéaire. Nous concluons que de l'émission stimulée pourrait être présente dans la cavité optique, mais sans dominer les autres mécanismes d'émission et de pertes.

Spectral studies of naphthalocyanine (Nc) and rare earth phthalocyanine (RePc) molecules in an inorganic glassy borate matrix

Optical absorption and emission spectral studies of free and metal naphthalocyanine doped borate glass matrix are reported for the first time. Absorption spectra recorded in the UV- VIS-NIR region show the characteristic absorption bands, namely, the B-band and Q-band of the naphthalocyanine (Nc) molecule. Some of the important spectral parameters, namely, the optical absorption coefficient (α), molar extinction coefficient (ε) and absorption cross section (σa) of the principal absorption transitions are determined. Optical band gap (Eg) of the materials evaluated from the functional dependence of absorption coefficient on photon energy lies in the range 1.6 eV≤Eg≤2.1 eV. All fluorescence spectra except that of EuNc consist of an intense band in the 765 nm region corresponding to the excitation of Q-band. In EuNc the maximum fluorescence intensity band is observed at 824 nm. The intensity of the principal fluorescence band is maximum in ZnNc, whereas it is minimum in H2Nc. Radiative parameters of the principal fluorescence transitions corresponding to the Q-band excitation are also reported for the naphthalocyanine and phthalocyanine based matrices.

Optical properties of porphyrins in borate glassy matrix

Optical properties of free and substituted porphyrins (PP) doped borate glass matrix are reported for the first time. Absorption spectral measurements of H2TPP, CdTPP, MgTPP and ZnTPP doped borate glass matrix have been made in the 200–1100 nm region and the spectra obtained are analyzed to obtain the optical bandgap (Eg) and other important spectral parameters viz. oscillator strength (f), molar extinction coefficient (ε), electric dipole strength (q2), absorption cross-section (σa) and molecular concentration (N). Intense fluorescence was observed in the region 668–685 nm for CdTPP, ZnTPP and MgTPP doped matrices, whereas no such fluorescence was observed in H2TPP doped matrix. Fluorescence intensity was observed to be almost similar in all the metallated porphyrine matrices. Fluorescence bandwidth (Δλ), decay time (τ), stimulated emission cross-section (σ) and optical gain (G) of the principal fluorescence transitions corresponding to the Q-band excitation were also evaluated and discussed.

Fluoreszenz und Lasertätigkeit in dünnen amorphen Schichten von Spirobifluorenderivaten

Es wurden die optischen Eigenschaften einiger Spirooligophenylverbindungen untersucht. Bei den Verbindungen handelte es sich um lineare und verzweigte Derivate des Spirobifluorens. Es wurden dünne amorphe Schichten der Verbindungen mittels spincoating und Vakuumverdampfen (OMBD) auf unterschiedlichen Substraten hergestellt. Mit spektroskopischer Ellipsometrie konnten die Schichtdicken und optische Konstanten der dünnen Schichten bestimmt werden. Dafür sind die Extinktionsspektren mit Tauc-Lorentz-Oszillatoren modelliert worden. Auf diese Weise ließen sich die optischen Konstanten der amorphen Filme besser beschreiben als mit den üblicherweise verwendeten Gauß-Oszillatoren. In dünnen Filmen von Spirosexiphenyl konnte uniaxiale Anisotropie nachgewiesen werden. Im Bereich der pie,pie*-Bande beträgt das Verhältnis des ordentlichen zum außerordentlichen Extinktionskoeffizienten 2.09. Mit einer Integrationskugel wurden die absoluten Quantenausbeuten der Fluoreszenz in festen Filmen bestimmt. Dafür ist ein vereinfachtes Verfahren der Auswertung entwickelt worden. Im Vergleich der untersuchten Substanzen zeigt sich, dass die Verbindungen mit dem Sexiphenyl-Chromophor höhere Quantenausbeuten im Festkörper haben (31 % - 48 %) als die Verbindungen mit Quaterphenyl als Chromophor (15 % - 30 %). In den beiden Klassen haben jeweils die sterisch anspruchsvollen Octopusvarianten die höchsten Festkörperquantenausbeuten. Durch verdünnen mit m,m-Spirosexiphenyl konnte die Quantenausbeute von p,p-Spirosexiphenyl in dünnen festen Filmen bis auf 65 % (95 % m,m- und 5 % p,p-Spirosexiphenyl) gesteigert werden. Eine Korrelation der Quantenausbeuten in Lösung und im festen, unverdünnten Film wurde nicht festgestellt. Als dünne Filme in Wellenleitergeometrie zeigen Spirooligophenyle bei optischer Anregung verstärkte spontane Emission (ASE). Dies manifestiert sich in einer Einengung des Emissionsspektrums mit zunehmender Pumpleistungsdichte. Auch für stimulierte Emission sind die Verbindungen mit Sexiphenylchromophor besser geeignet. Die niedrigste Schwelle in einer unverdünnten Reinsubstanz wurde mit 0.23 µJ/cm² in einer aufgeschleuderten Schicht Spirosexiphenyl gemessen. Auch 4-Spiro³, Spiro-SPO und Octo-2 zeigten niedrige ASE-Schwellen von 0.45 µJ/cm², 0.45 µJ/cm² und 0.5 µJ/cm². Die ASE-Schwellwerte von Spiroquaterphenyl und seinen beiden Derivaten Methoxyspiroquaterphenyl und Octo-1 sind mit 1.8 µJ/cm², 1.4 µJ/cm² und 1.2 µJ/cm² höher als die der Sexiphenylderivate. Im gemischten System aus m,m- und p,p-Spirosexiphenyl konnte die ASE-Schwelle noch weiter gesenkt werden. Bei einer Konzentration von 5 % p,p-Spirosexiphenyl wurde ein Schwellwert von nur 100 nJ/cm² bestimmt. Durch Dotierung mit unterschiedlichen Farbstoffen in Spirosexiphenyl als Matrix konnte ASE fast über den gesamten sichtbaren Spektralbereich gezeigt werden. Mit der „variable Streifenlänge“ (VSL-) -Methode wurden die pumpleistungsabhängigen Gainspektren dünner aufgedampfter Proben gemessen. Hieraus konnten die Wechselwirkungsquerschnitte der stimulierten Emission der Substanzen ermittelt werden. In Übereinstimmung mit den Verhältnissen bei den Festkörperfluoreszenzquantenausbeuten und den Schwellwerten der ASE sind auch bei den Gainkoeffizienten reiner Spirooligophenyle die besten Werte bei den Sexiphenylderivaten gefunden worden. Der Wirkungsquerschnitt der stimulierten Emission beträgt für Methylspiroquaterphenyl und Octo-1 ca. 1.8*10^-17 cm². Für Spiro-SPO und Spirosexiphenyl wurden Wirkungsquerschnitte von 7.5*10^-17 cm² bzw. 9.2*10^-17 cm² bestimmt. Noch etwas größer waren die Werte im gemischten System aus m,m- und p,p-Spirosexiphenyl (1.1*10^-16 cm²) und für DPAVB dotiert in Spirosexiphenyl (1.4*10^-16 cm²). Der höchste Maximalwert des Gainkoeffizienten von 328 cm-1 bei einer absorbierten Pumpenergiedichte von 149 µJ/cm² wurde mit Spirosexiphenyl erreicht. Abschließend wurden DFB-Laser-Strukturen mit reinen und dotierten Spirooligophenylverbindungen als aktiven Materialien vorgestellt. Mit Spiroterphenyl konnte ein DFB-Laser mit der bisher kürzesten Emissionswellenlänge (361.9 nm) in einem organischen Festkörperlaser realisiert werden. Mit reinen Spirooligophenylverbindungen und Mischungen daraus habe ich DFB-Lasing bei Wellenlängen zwischen 361.9 nm und 479 nm aufgezeigt. Durch Dotierung mit DPAVB wurde der Bereich der erreichbaren Wellenlängen bis 536 nm erweitert, bei gleichzeitiger Erniedrigung der Schwellenergiedichten für Lasertätigkeit. Bei Emissionswellenlängen von 495 nm bis 536 nm blieb die Laserschwelle zwischen 0.8 µJ/cm² und 1.1 µJ/cm². Diese Werte sind für DFB-Laser zweiter Ordnung sehr niedrig und geben Anlass zu glauben, dass sich mit DFB-Strukturen erster Ordnung Schwellen im Nanojoule Bereich erzielen lassen. Damit würde man den Bedingungen für elektrisch gepumpten Betrieb nahe kommen.

Fundamental interactions of molecules (Na_2, Na_3) with intense femtosecond laser pulses

The real-time dynamics of multiphoton ionization and fragmentation of molecules Na_2 and Na_3 has been studied in molecular beam experiments employing ion and electron spectroscopy together with femtosecond pump-probe techniques. Experiments with Na_2 and Na_3 reveal unexpected features of the dynamics of the absorption of several photons as seen in the one- and three-dimensional vibrational wave packet motion in different potential surfaces and in high laser fields: In Na_2 a second major resonance-enhanced multiphoton ionization (REMPI) process is observed, involving the excitation of two electrons and subsequent electronic autoionization. The possibility of controlling a reaction by controlling the duration of propagation of a wave packet on an electronically-excited surface is demonstrated. In high laser fields, the contributions from direct photoionization and from the second REMPI process to the total ion yield change, due to different populations in the electronic states participating in the multiphoton ionization (MPI) processes. In addition, a vibrational wave packet motion in the electronic ground state is induced through stimulated emission pumping by the pump laser. The 4^1 \summe^+_g shelf state of Na_2 is given as an example for performing frequency spectroscopy of highlying electronic states in the time domain. Pure wave packet effects, such as the spreading and the revival of a vibrational wave packet, are investigated. The three-dimensional wave packet motion in the Na_3 reflects the normal modes in the X and B states, and shows in addition the pseudorotational motion in the B state in real time.

Femtosecond two-photon ionization spectroscopy of the B state of Na_3 clusters

We report time-resolved experiments studying the dynamics of the Na_3 B-X system. Femtosecond pump-probe techniques combined with ion time-of-flight (TOF) and zero kinetic energy (ZEKE) photoelectron spectroscopy allow us to observe the three-dimensional wavepacket motion in the excited Na_3 B state and in the Na_3 X state. The ground state wavepacket is induced by stimulated emission pumping during the pump pulse. The X-state dynamics is dominated by the three vibrational modes of the Na_3. Furthermore we observed pseudorotational wavepacket motion in the B state. We do not observe a fragmentation of the B state within a time interval of 10 ps.

Er : YAB nanoparticles and vitreous thin films by the polymeric precursor method

The synthesis of Y(0.9)Er(0.1)Al(3)(BO(3))(4) crystalline powders and vitreous thin films were studied. Precursor solutions were obtained using a modified polymeric precursor method using D-sorbitol as complexant agent. The chemical reactions were described. Y(0.)9Er(0.1)Al(3)(BO(3))(4) composition presents good thermal stability with regard to crystallization. The Y(0.9)Er(0.1)Al(3)(BO(3))(4) crystallized phase can be obtained at 1,150 degrees C, in agreement with other authors. Crack- and porosity-free films were obtained with very small grain size and low RMS roughness. The films thickness revealed to be linearly dependent on precursor solution viscosity, being the value of 25 mPa s useful to prepare high-quality amorphous multi-layers (up to similar to 800 nm) at 740 degrees C during 2 h onto silica substrates by spin coating with a gyrset technology.

Micro Far-Infrared Reflectivity of CaNb(2)O(6) Single Crystal Fibers Grown by the Laser-Heated Pedestal Growth Technique

CaNb(2)O(6) single crystal fibers were grown by the laser-heated pedestal growth technique, directly from the starting reagents. Optically transparent fibers were obtained in the form of rods with elliptical cross-section, free from cracks, impurities, and secondary phases, with an average diameter of 0.4 mm and about 20 mm of length. The fibers grew within the orthorhombic Pbcn columbite structure, with the growth axis nearly parallel to the crystallographic a-direction. The parameters b and c were parallel to the shorter and larger ellipsis axes. A special setup using a microscope was developed to obtain the far-infrared reflectivity spectra of these micrometer-sized fibers, allowing the identification and assignment of 34 of the 38 polar phonons foreseen for the material. From these phonons, the intrinsic dielectric constant ( = 18.2) and quality factor ( of 185 THz) could be estimated, showing the potential of the material for applications in microwave circuitry. These results, along with previous polarized Raman data (Cryst. Growth Des. 2010, 10, 1569), allow us to present a comprehensive set of optical phonon modes and to discuss the potential use of designed CaNb(2)O(6) microcrystals in compact optical devices.

Optical transition probabilities and compositional dependence of Judd-Ofelt parameters of Er3+ ions in fluoroindate glass

Fluoroindate glasses containing 1, 2, 3, and 4 mol% ErF3 were prepared in a dry box under an argon atmosphere. Absorption spectra of these glasses at room temperature were obtained. The Judd-Ofelt parameters Ωλ (λ = 2, 4, 6) for f-f transitions of Er3+ ions as well as transition probabilities, branching ratios, radiative lifetimes, and peak cross-sections for stimulated emission of each band were determined. The concentration effect on the intensities is analyzed. The optical properties of the fluoroindate glasses doped with Er3+ ions are compared with those of other glasses described in the literature. © 1995.

Violet and blue light amplification in Nd3+-doped fluoroindate glasses

We report optical gain at 382 and 414 nm from Nd3+-doped fluroindate glasses after excitation with lasers operating either at 583 or 532 nm. Stimulated emission due to a frequency upconversion process results in increase of the emitted violet and blue light intensity and emission line narrowing. Large optical gain is measured by pump-probe spectroscopy using samples with various Nd3+ concentrations. © 1999 American Institute of Physics.