Numéro
J. Phys. France
Volume 47, Numéro 2, février 1986
Page(s) 279 - 290
DOI https://doi.org/10.1051/jphys:01986004702027900
J. Phys. France 47, 279-290 (1986)
DOI: 10.1051/jphys:01986004702027900

Addition de photons par transfert d'énergie et absorption dans l'état excité dans les matériaux MClF: Sm+2 (M = Ba, Sr)

J.C. Gâcon, B. Bouattou, J.L. Jouvray et B. Jacquier

Unité associée au CNRS n° 442, Université Lyon I, 69622 Villeurbanne, France


Abstract
Under selective pulsed excitation into the first metastable excited state 5D0 of the Sm+2 ion embedded in BaCIF and SrCIF crystals with different concentrations (0.1 ‰, 1 ‰, 5 0/00>, we have observed anti-Stokes emissions originating from the 5D1 and 5D2 multiplets respectively located at 1 339 and 3 280 cm-1 above 5D0, at 4.4 K. The analysis of the fluorescence decays shows that two mechanisms are involved : (i) an excited-state absorption from the 5D0 level unambiguously identified by a double excitation experiment, (ii) an up-conversion by energy transfer between Sm+2 ions excited in the 5D0 state evidenced by the effect of the dopant concentration. The competition between the two mechanisms appears clearly when looking at the dependence of the anti-Stokes fluorescence decay profiles versus the intensity and wavelength of the excitation beam. The numerical solution of the rate equations involving both processes allows to reproduce the whole of the experimental results. Evaluating the branching ratio of the two mechanisms leads to the conclusion that 70 % of the anti-Stokes fluorescence arises from the energy transfer in the BaClF:5 ‰ Sm+2 crystal at low beam intensity level, this proportion being drastically lowered when increasing the excitation beam power.


Résumé
Sous excitation sélective par laser à impulsions dans le premier niveau métastable 5D0 de l'ion Sm+2 incorporé dans les matrices BaCIF et SrCIF avec des concentrations diverses (0,1 ‰, 1 ‰, 5 ‰), nous avons observé à 4,4 K les fluorescences anti-Stokes issues des niveaux supérieurs 5D1 et 5D 2, situés respectivement à 1 339 et 3 280 cm-1 au-dessus de 5D0. L'analyse de l'évolution temporelle de ces émissions montre l'intervention de deux mécanismes distincts : (i) une absorption à partir de l'état excité 5D0 clairement mise en évidence par une expérience de double excitation, (ii) une addition de photons par transfert d'énergie (A.P.T.E.) dont l'existence est suggérée par l'effet de la concentration. La compétition entre les deux mécanismes apparaît nettement lors de l'examen de l'influence de l'intensité et de la longueur d'onde de la radiation excitatrice sur le profil des déclins de fluorescence. La résolution numérique des équations de populations prenant en compte les deux processus permet de reproduire l'ensemble des résultats expérimentaux. L'évaluation des contributions relatives des deux mécanismes conduit à considérer que le transfert d'énergie peut être à l'origine de 70 % de l'intensité de la fluorescence anti-Stokes dans le matériau BaClF:5 ‰ Sm+2 à faible énergie d'excitation, cette proportion diminuant considérablement lorsque la puissance du faisceau excitateur augmente.

PACS
7855H - Other solid inorganic materials.

Key words
barium compounds -- fluorescence -- samarium -- strontium compounds