Tiempos resueltos de la luminiscencia intrínseca del sistema ternario vítreo NaO-GeO2-SiO2

Abstract

En la actualidad dados los desarrollos tecnológicos alcanzados hace apremiante la necesidad de contar cada vez con mejores y veloces medios en el manejo de la información, es decir en la adquisición, transmisión y procesamiento de información. Actualmente nos encontramos en la coexistencia de medios electrónicos y fotónicos para el manejo de información. En el primer procesamiento se emplean electrones para adquirir, transmitir y procesar, en los segundos se emplean fotones, existiendo la tendencia a sustituir los dispositivos electrónicos por los fotónicos. Así el diseño de dispositivos ópticos que pueden ser utilizados en el procesamiento óptico de información requiere de la búsqueda y el estudio de las propiedades ópticas de nuevos materiales. En este sentido el estudio de las propiedades ópticas lineales y no lineales de vidrios de óxidos metálicos, como función de su composición se ha convertido en uno de los campos de estudio más importantes en el desarrollo de la ciencia de nuevos materiales debido a su interés básico y su impacto tecnológico. Esto se debe a que los materiales vítreos por varias razones pueden ser considerados como excelentes materiales ópticos; son transparentes en un amplio rango del espectro electromagnético, son materiales isotrópicos, son materiales de fácil fabricación y de muy bajo costo, si se compara con materiales monocristalinos. Al considerar su alta resistencia ante los cambios en el medio ambiente y ante su exposición a la luz de alta intensidad, los vidrios son fuertes candidatos para utilizar en dispositivos fotónicos, es decir en el transporte, procesamiento y direccionamiento de la información por medio de la luz. En los materiales vítreos han sido estudiados una gran variedad de fenómenos físicos generados en ellos por la interacción de la radiación electromagnética (de alta y baja intensidad) y que son fuertemente dependientes de la composición del vidrio entre los cuales podemos mencionar: variaciones en su índice de refracción, conversión óptica de luz visible en invisible (UV-+ VIS.--IR), la formación de rejillas de difracción, de medios activos láser, alteraciones y selectividad en la transmisión, etc. Todas estas propiedades pueden ser utilizadas en general como parte de dispositivos para el manejo y control opto-óptico de información, como son los obturadores ópticos, generación de luz láser, almacenamiento y lectura óptica de información convertidores de luz, filtros ópticos, medios de transmisión como son las fibras ópticas. Los sistemas vítreos formados a base de óxidos de germanio poseen características importantes tales como: presentan propiedades fotosensibles y que son de utilidad en la fabricación de rejillas de Bragg, generación de segundo armónico. Dada su baja absorción a la luz infrarroja los hace candidatos ideales en la fabricación de medios de transmisión de luz en esta región del espectro electromagnético: fibras ópticas. Así mismo, se han reportado matrices vítreas de Germanio, de las pocas matrices a base de óxidos, en las cuales se exhibe el fenómeno de conversión Up (levanta la energía) cuando son contaminadas con impurezas de lantánidos trivalentes como el Tb; aunado a esto, tanto los vidrios de Si02 como los de Ge02 o sus combinaciones binarias, son prototipos para el estudio de fenómenos ópticos elementales como la transmitancia y la luminiscencia intrínseca, para comprender estas propiedades en vidrios más complejos. El fenómeno de la luminiscencia intrínseca es bien conocido en materiales cristalinos, tales como los halogenuros alcalinos, en donde es debida a la recombinación de excitaciones elementales tales como excitones y excitones autolocalizados (STE) y otros. Son también conocidas desde hace décadas las propiedades fosforescentes de compuestos cristalinos conteniendo Zn, Cd y/o Si02 y en las últimas décadas se ha discutido intensamente sobre el origen de esta fosforescencia y la de otros compuestos de iones con configuraciones electrónicas d10(tales como el In, Ga, Ge, etc.). Está también ampliamente documentado el estudio de la fotoluminiscencia de vidrios Ge02 - Si 02. dada la importancia tecnológica de este sistema en el campo de las comunicaciones. Sin embargo, se conoce poco de las propiedades ópticas de sistemas ternarios de estos óxidos. Como veremos en este trabajo, es necesaria la incorporación de un óxido modificador (Na20) para extender la región de formación de vidrios a base de Si02 y Ge02, y correspondientemente estudiar y caracterizar su luminiscencia. El desarrollo del trabajo se desglosa en cinco capítulos. En el primer capítulo se abordan los conceptos básicos sobre el estado vítreo y el modelo de la red aleatoria continua que describe la estructura de los vidrios. En el capítulo dos se abordan los conceptos generales sobre la interacción radiación-materia desde una aproximación semi-clásica, haciendo énfasis en la absorción de luz de los sistemas sólidos. En el tercer capítulo se presentan los antecedentes más relevantes sobre el estudio de las absorciones y emisiones foto-luminiscentes de vidrios que contienen Ge02 En particular se abordan con detalle los modelos del centro Germanio Di-coordinado ( Ge02) y el de la molécula gaseosa Ge0. El capítulo cuatro incluye la descripción de las técnicas experimentales implementadas para caracterizar microestructural y ópticamente a las muestras obtenidas. Sobresale particularmente la técnica de espectroscopía de alta resolución por tiempos resueltos. Finalmente, en el capítulo cinco se incluyen los resultados experimentales obtenidos, así como la discusión efectuada sobre dichos resultados. Se presenta un resumen de las conclusiones obtenidas del trabajo y se sugieren una serie de trabajos a efectuar, orientados a procesos foto-luminiscentes estudiados mediante la técnica de tiempos resueltos. Se incluye también la bibliografía consultada para la elaboración de la presente tesis.