Spectroscopic Studies of the Behavior of Eu³⁺on the Luminescence of Cadmium Tellurite Glasses

Abstract

The effect of europium doping on the photoluminescence of ZnO-CdO-TeO 2 glasses is analyzed. TeO 2 -based glasses are of high interest as hosts for laser glasses. The Eu-doped oxide glasses were prepared by the conventional melt-quenching method. Five different concentrations of europium nitrate hexahydrate that varied from 0.3 to 1.5 mol% were used. SEM observations revealed the formation of zinc aluminate spinel and disperse droplets of liquid-liquid phase separation in the glasses. X-Ray diffraction reveals the amorphous structure of the fabricated glasses. FT-IR and Raman spectra show the presence of TeO 4 and TeO 3+1 /TeO 3 units that conform with the glass matrix. Raman spectra evidenced a band located at 1556 cm −1 that can be related to interstitial molecular oxygen in the glass matrix. Photoluminescence of the glasses showed light emission due to the following europiumtransitions from its<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M1"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math>,<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M2"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math>, and<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M3"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math>levels to its<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M4"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">7</mml:mn></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math>manifolds:<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M5"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">7</mml:mn></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>(468 nm),<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M6"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">7</mml:mn></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>(490 nm),<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M7"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">7</mml:mn></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>(511 nm),<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M8"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">7</mml:mn></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>(536 nm),<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M9"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">7</mml:mn></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>(554 nm),<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M10"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">7</mml:mn></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>(579.5 nm),<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M11"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">7</mml:mn></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>(592 nm),<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M12"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">7</mml:mn></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>(613 nm),<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M13"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">7</mml:mn></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>(652 nm), and<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M14"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">7</mml:mn></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>(490 nm). The estimated decay time,<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M15"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:math>, was 0.4 ms for all the glasses.