Abstract Efficient, inexpensive and eye−safe new host glass as up−conversion (UC) emission solid−state laser media became demanding. Nanoparticles (NPs) of various noble metals have been inserted into the phosphate−based amorphous host matrix to enhance the rare-earth ions (REIs) stimulated emission cross−section. Furthermore, only a few reports exist on the combined influences of neodymium ions (Nd3+) and pure silver (Ag) NPs on the structural and optical response of magnesium zinc sulfophosphate (MZSP) glasses. In this view, a series of MZSP glasses were doped by Nd3+ ions and pure Ag NPs (at different concentrations) to improve their structural and optical properties. Such melt−quench synthesized glasses were characterized at room temperature using diverse analytical measurement tools. The XRD pattern of as−quenched samples approved their amorphous nature. The FTIR and Raman spectra of glasses revealed the presence of characteristic bonding vibrations of different functional groups. The TEM images showed the existence of spherical Ag NPs (mean size of 8.34 nm) in the host glass matrix. The surface plasmon resonance (SPR) band of Ag NPs was detected around 451 nm. The UV–Vis–NIR absorption and PL emission spectra of glasses were utilized to evaluate the Judd−Ofelt (JO) intensity parameters ( Ω 2 , Ω 4 and Ω 6 ) and radiative properties. The observed fluctuation in the Ω 2 values with the increase in Ag NPs contents was attributed to the dynamic change of ligands symmetry around Nd3+ inside the glass network. Variations in the Ω 4 and Ω 6 values with the increase in Ag NPs contents indicated a considerable reduction in the glass rigidity. The PL spectra of glasses exhibited a prominent band around 576–584 nm corresponding to the 2G7/2 +4G5/2 → 4I9/2 transition in Nd3+. Glass prepared with 0.5 mol% of Ag NPs disclosed the highest PL enhancement (≈19 times) and largest emission cross−section (≈4.35 × 10−24 cm2) which was ascribed to the synergism between Ag NPs SPR mediated strong local field effect (LFE) and the subsequent energy transfer to Nd3+ appeared in the proximity of NPs. It was concluded that the proposed glass composition can lead to the development of UC solid−state laser compared to many other reported glass system.

中文翻译：

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Nd3+和Ag纳米粒子掺杂对磷酸盐玻璃光谱属性的协同作用

摘要 随着上转换 (UC) 发射固态激光介质变得越来越需要高效、廉价且对人眼安全的新型主玻璃。各种贵金属的纳米颗粒 (NP) 已插入到基于磷酸盐的无定形主体基质中，以增强稀土离子 (REI) 受激发射截面。此外，关于钕离子 (Nd3+) 和纯银 (Ag) NPs 对硫代磷酸锌镁 (MZSP) 玻璃结构和光学响应的​​综合影响的报道很少。从这个角度来看，一系列 MZSP 玻璃被 Nd3+ 离子和纯 Ag NPs（不同浓度）掺杂，以改善它们的结构和光学性能。这种熔融淬火合成玻璃在室温下使用多种分析测量工具进行表征。淬火样品的 XRD 谱证实了它们的无定形性质。玻璃的 FTIR 和拉曼光谱揭示了不同官能团的特征键振动的存在。TEM 图像显示主体玻璃基质中存在球形 Ag NPs（平均尺寸为 8.34 nm）。在 451 nm 附近检测到 Ag NPs 的表面等离子体共振 (SPR) 带。利用玻璃的 UV-Vis-NIR 吸收和 PL 发射光谱来评估 Judd-Ofelt (JO) 强度参数（Ω 2 、Ω 4 和 Ω 6 ）和辐射特性。观察到的 Ω 2 值随着 Ag NPs 含量的增加而波动，这归因于玻璃网络内 Nd3+ 周围配体对称性的动态变化。Ω 4 和Ω 6 值随着Ag NPs 含量的增加而变化表明玻璃刚度显着降低。玻璃的 PL 光谱在 576-584 nm 附近表现出突出的带，对应于 Nd3+ 中的 2G7/2 +4G5/2 → 4I9/2 跃迁。用 0.5 mol% Ag NPs 制备的玻璃显示出最高的 PL 增强（≈19 倍）和最大的发射截面（≈4.35 × 10-24 cm2），这归因于 Ag NPs SPR 介导的强局部场效应之间的协同作用（ LFE）和随后向 Nd3+ 的能量转移出现在 NPs 附近。得出的结论是，与许多其他报道的玻璃系统相比，所提出的玻璃成分可以导致 UC 固态激光器的发展。玻璃的 PL 光谱在 576-584 nm 附近表现出突出的带，对应于 Nd3+ 中的 2G7/2 +4G5/2 → 4I9/2 跃迁。用 0.5 mol% Ag NPs 制备的玻璃显示出最高的 PL 增强（≈19 倍）和最大的发射截面（≈4.35 × 10-24 cm2），这归因于 Ag NPs SPR 介导的强局部场效应之间的协同作用（ LFE）和随后向 Nd3+ 的能量转移出现在 NPs 附近。得出的结论是，与许多其他报道的玻璃系统相比，所提出的玻璃成分可以导致 UC 固态激光器的发展。玻璃的 PL 光谱在 576-584 nm 附近表现出突出的带，对应于 Nd3+ 中的 2G7/2 +4G5/2 → 4I9/2 跃迁。用 0.5 mol% Ag NPs 制备的玻璃显示出最高的 PL 增强（≈19 倍）和最大的发射截面（≈4.35 × 10-24 cm2），这归因于 Ag NPs SPR 介导的强局部场效应之间的协同作用（ LFE）和随后向 Nd3+ 的能量转移出现在 NPs 附近。得出的结论是，与许多其他报道的玻璃系统相比，所提出的玻璃成分可以导致 UC 固态激光器的发展。35 × 10−24 cm2) 归因于 Ag NPs SPR 介导的强局部场效应 (LFE) 和随后的能量转移到 Nd3+ 之间的协同作用出现在 NPs 附近。得出的结论是，与许多其他报道的玻璃系统相比，所提出的玻璃成分可以导致 UC 固态激光器的发展。35 × 10−24 cm2) 归因于 Ag NPs SPR 介导的强局部场效应 (LFE) 和随后的能量转移到 Nd3+ 之间的协同作用出现在 NPs 附近。得出的结论是，与许多其他报道的玻璃系统相比，所提出的玻璃成分可以导致 UC 固态激光器的发展。