Er³⁺-Yb³⁺共添加Ga₂S₃-GeS₂-Sb₂S₃ガラスの4.3 μm発光

抄録

4 μm帯レーザーは赤外分光分析用光源への応用が期待される。我々は以前の研究において、Ga₂S₃-GeS₂-Sb₂S₃ガラス中のEr³⁺より4.3 μm蛍光（⁴I_9/2→⁴I_11/2）を観察している。しかし、⁴I_9/2は⁴I_11/2よりも蛍光寿命が短い上に、Er³⁺間エネルギー移動による濃度消光も深刻で、反転分布形成が困難であることが分かった。このことから本研究では、4.3 μm蛍光の終準位である⁴I_11/2の寿命を減少させるためYb³⁺を共添加した。その結果、⁴I_11/2の蛍光寿命が急激に減少し、同時に⁴I_11/2からの蛍光が消光した。これはEr³⁺-Yb³⁺間エネルギー移動{Er³⁺: ⁴I_11/2, Yb³⁺: ²F_5/2→Er³⁺: ⁴I_15/2, Yb³⁺: ²F_7/2}により、⁴I_11/2にあるEr³⁺が緩和されたためと考えられる。これにより、Er³⁺の⁴I_11/2の蛍光寿命が⁴I_9/2よりも短くなり、4.3 μm蛍光の光増幅が大幅に促進されることが期待される。