Abstract This work reports the ellipsometric study of trivalent erbium (Er3+) doped monocrystalline barium yttrium fluoride (BaY2F8), which has recently been shown to be one of the best photon upconversion (UC) materials available. This spans the BaY2F8 applications in a large range of wavelengths, from ultraviolet (UV) to near-infrared (NIR). We detail the optical properties of BaY2F8: Er3+ (0.5 mol%, 10 mol%, and 30 mol%), measured via variable angle spectroscopic ellipsometry over a spectral range from 300 nm to 1800 nm, reporting for the first time the indices of refraction for BaY2F8:Er3+. The upconversion external photoluminescence quantum yield (ePLQY) of the BaY2F8:Er3+ samples have also been studied by exciting at [ J G ] λ = 1588 n m λ = 1493 nm. The highest ePLQY of BaY2F8 was found for the largest dopant concentration 30 mol% Er3+ reaching the value of [JG]1.07% ± 0.12%, at an irradiance of 9.512 × 10 − 2 W/cm23.62% ± 0.01%, at an irradiance of (6.23 ± 0.45) × 10 − 2 W/cm2. The refractive index ( λ = 589.3 nm) was determined to be 1.4808 ± 0.014 for 0.5 mol%, 1.4980 ± 0.003 for 10 mol%, and 1.5022 ± 0.006 for 30 mol%. Increasing Er3+ doping concentration increased the refractive index. All samples decreased monotonically with increasing wavelength. The Brewster angle of BaY2F8:Er3+ is observed to be ≈ 56 ∘ , whilst the Abbe number of the samples was found to be as high as 124.62. These findings provide valuable insight into the optical properties of BaY2F8:Er3+ in the wide range of frequencies that is has proven useful.

中文翻译：

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BaY2F8:Er3+（0.5 mol% 至 30 mol%）的折射率在 300 nm 至 1800 nm 范围内通过椭偏法测定；一种破纪录的上转换材料

摘要 这项工作报告了三价铒 (Er3+) 掺杂的单晶氟化钇钡 (BaY2F8) 的椭偏研究，该材料最近已被证明是可用的最佳光子上转换 (UC) 材料之一。这涵盖了从紫外 (UV) 到近红外 (NIR) 的大范围波长的 BaY2F8 应用。我们详细介绍了 BaY2F8：Er3+（0.5 mol%、10 mol% 和 30 mol%）的光学特性，通过可变角度光谱椭偏法在 300 nm 到 1800 nm 的光谱范围内测量，首次报告了折射率对于 BaY2F8:Er3+。BaY2F8:Er3+ 样品的上转换外部光致发光量子产率 (ePLQY) 也已通过在 [ JG ] λ = 1588 nm λ = 1493 nm 处激发进行研究。BaY2F8 的最高 ePLQY 在最大掺杂浓度 30 mol% Er3+ 下达到 [JG] 1.07% ± 0.12% 的值，在 9.512 × 10 − 2 W/cm23.62% ± 0.01% 的辐照度下，在辐照度为 (6.23 ± 0.45) × 10 − 2 W/cm2。折射率 (λ = 589.3 nm) 确定为 1.4808 ± 0.014（0.5 mol%）、1.4980 ± 0.003（10 mol%）和 1.5022 ± 0.006（30 mol%）。增加 Er3+ 掺杂浓度会增加折射率。所有样品随着波长的增加而单调减少。观察到 BaY2F8:Er3+ 的布鲁斯特角 ≈ 56 ∘ ，同时发现样品的阿贝数高达 124.62。这些发现为深入了解 BaY2F8:Er3+ 在已证明有用的广泛频率范围内的光学特性提供了宝贵的见解。512 × 10 − 2 W/cm23.62% ± 0.01%，在 (6.23 ± 0.45) × 10 − 2 W/cm2 的辐照度下。折射率 (λ = 589.3 nm) 确定为 1.4808 ± 0.014（0.5 mol%）、1.4980 ± 0.003（10 mol%）和 1.5022 ± 0.006（30 mol%）。增加 Er3+ 掺杂浓度会增加折射率。所有样品随着波长的增加而单调减少。观察到 BaY2F8:Er3+ 的布鲁斯特角 ≈ 56 ∘ ，同时发现样品的阿贝数高达 124.62。这些发现为深入了解 BaY2F8:Er3+ 在已证明有用的广泛频率范围内的光学特性提供了宝贵的见解。512 × 10 − 2 W/cm23.62% ± 0.01%，在 (6.23 ± 0.45) × 10 − 2 W/cm2 的辐照度下。折射率 (λ = 589.3 nm) 确定为 1.4808 ± 0.014（0.5 mol%）、1.4980 ± 0.003（10 mol%）和 1.5022 ± 0.006（30 mol%）。增加 Er3+ 掺杂浓度会增加折射率。所有样品随着波长的增加而单调减少。观察到 BaY2F8:Er3+ 的布鲁斯特角 ≈ 56 ∘ ，同时发现样品的阿贝数高达 124.62。这些发现为深入了解 BaY2F8:Er3+ 在已证明有用的广泛频率范围内的光学特性提供了宝贵的见解。增加 Er3+ 掺杂浓度会增加折射率。所有样品随着波长的增加而单调减少。观察到 BaY2F8:Er3+ 的布鲁斯特角 ≈ 56 ∘ ，同时发现样品的阿贝数高达 124.62。这些发现为深入了解 BaY2F8:Er3+ 在已证明有用的广泛频率范围内的光学特性提供了宝贵的见解。增加 Er3+ 掺杂浓度会增加折射率。所有样品随着波长的增加而单调减少。观察到 BaY2F8:Er3+ 的布鲁斯特角 ≈ 56 ∘ ，同时发现样品的阿贝数高达 124.62。这些发现为深入了解 BaY2F8:Er3+ 在已证明有用的广泛频率范围内的光学特性提供了宝贵的见解。