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Neue Veröffentlichung: Absorption and multi-phonon quenching in nanocrystal doped SiO2 fibers

Neue Veröffentlichung: Absorption and multi-phonon quenching in nanocrystal doped SiO2 fibers

Schematische Darstellung der relevanten Pr3+ (links) und Er3+ (rechts) Energiezustände und Übergänge (nicht maßstabsgetreu).

Quarzglasfasern dotiert mit Nanokristallen werden in Zukunft vielfältige Anwendungsmöglichkeiten eröffnen, da mit ihnen intrinsische Limitierungen des Quarzglases aufgehoben werden können. Ein Beispiel ist die Reduzierung der hohen Phononenenergie des Quarzglases und die damit verbundene Nutzbarkeit von sichtbaren (Laser-)Übergängen der Seltenerd-Ionen (insbesondere Pr3+). Bisher war allerdings nicht bekannt, wie die Parameter eines amorphen/kristallinen Mischmaterials die Kopplung der Phononen an die Seltenerd-Übergänge beeinflussen. Deshalb wurde von uns ein neues Modell entwickelt, welches es ermöglicht analytisch zu berechnen wie sich die Größe der Nanokristalle und die Absorption des umgebenden Quarzglases auf die Lebenszeiten der Seltenerd-Ionen auswirken. Unsere Ergebnisse verdeutlichen, dass eine Nutzung der sichtbaren Übergänge der Seltenerd-Ionen bei akzeptabler Größe der Nanokristalle nur möglich sein wird, wenn das umgebende Quarzglas eine mid-IR Absorption nahe dem theoretischen Minimum besitzt. Dies wiederum bedeutet, dass hochreines Quarzglas mit minimalen Verunreinigungen genutzt werden muss. Weiterhin darf das Quarzglas keinerlei Dotanden enthalten, welche die Phonenenergie erhöhen (z.B. Phosphor).

Das Modell und erste Implikationen wurden vor Kurzem in Optical Materials Express 11, 1631-1642 (2021) (https://doi.org/10.1364/OME.424116) veröffentlicht. 

Verfasst von SI