Energy levels and crystal-field calculations of trivalent ytterbium in yttrium aluminum garnet and yttrium gallium garnet

Abstract

The splitting of the two ² F states of Yb³⁺:YAlG and Yb³⁺:YGaG, have been determined from fluorescence and absorption spectra at low temperatures. The levels of the ground states of Yb³⁺: YAlG are at: 0, 388, 613, 778 cm⁻¹, those of Yb³⁺: YGaG at 0, 308, 567, and 672 cm⁻1. Crystal field calculations yield the following values for Yb³⁺:YAlG; A ⁰₂ =270 cm⁻¹, A ⁰₄ =−165 cm⁻¹, A ⁴₄ =−1155 cm⁻¹, A ⁶₀ =21 cm⁻¹, A ⁶₄ =−304 cm⁻¹ and for Yb³⁺:YGaG: A ²₀ =110 cm⁻¹, A ⁴₀ =−125 cm⁻¹, A ⁴₄ =−1250 cm⁻¹, A ⁶₀ =10 cm⁻¹ and A ⁶₄ =−142 ⁻¹ A satisfactory agreement has been found for calculated and observed splitting patterns.

Zusammenfassung

Die Aufspaltung der ² F-Zustände von Yb³⁺:YAlG(I) und Yb³⁺:YGaG (II) wurde bei tiefen Temperaturen aus Fluoreszenz- und Absorptionsspektren bestimmt. Die Niveaus des Grundzustandes von (I) liegen bei 0, 388, 613, 778 ⁻¹, die von (II) bei 0, 308, 567 und 672 ⁻¹. Die Ligandenfeldtheorie ergibt folgende Werte für die Kristallfeldparameter: für (I) A ⁰₂ =270 cm⁻¹, A ⁰₄ =−165 cm⁻¹, A ⁴₄ =−1155 cm⁻¹, A ⁶₀ =21 cm⁻¹, A ⁶₄ =−304 cm⁻¹ unf für (II) A ²₀ =110 cm⁻¹, A ⁴₀ =−125 cm⁻¹, A ⁴₄ =−1250 cm⁻¹, A=10 cm⁻¹ and A ⁶₄ =−142 ⁻¹. Die Übereinstimmung zwischen berechneter und beobachteter Aufspaltung war befriedigend.

Résumé

La division, par le champ de ligandes, des états ² F _7/2 et ² F _5/2 dans Yb³⁺:YAlG et Yb³⁺:YGaG a été déterminée des spectres de fluorescence et d'absorption. Les sous-niveaux de l'état fordamental se situent à 0, 388, 613, 778 cm⁻¹ dans Yb³⁺:YAlG, à 0, 308, 567, 672 cm⁻¹ Yb³⁺: YGaG. Le calcul fournit les valeurs suivantes pour les paramètres: Yb³⁺: YAlG A ⁰₂ =270 cm⁻¹, A ⁰₄ =−165 cm⁻¹, A ⁴₄ =−1155 cm⁻¹, A ⁶₀ =21 cm⁻¹, A ⁶₄ = -304 cm⁻¹ Yb³⁺:YGaG: A ²₀ =110 cm⁻¹, A ⁴₀ =−125 cm⁻¹, A ⁴₄ =−1250 cm⁻¹, A ⁶₀ =10 cm⁻¹ et A ⁶₄ =−142 ⁻¹. L'accord entre les spectres calculé et observé est satisfaisant.