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

The splitting of the two ²F 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; A₂⁰=270 cm^–1, A₄⁰=–165 cm^–1, A₄⁴=–1155 cm^–1, A₀⁶=21 cm^–1, A₄⁶=–304 cm^–1 and for Yb³⁺:YGaG: A₀²=110 cm^–1, A₀⁴=–125 cm^–1, A₄⁴=–1250 cm^–1, A₀⁶=10 cm^–1 and A₄⁶=–142 ^–1 A satisfactory agreement has been found for calculated and observed splitting patterns.

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Zusammenfassung Die Aufspaltung der ²F-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) A₂⁰=270 cm^–1, A₄⁰=–165 cm^–1, A₄⁴=–1155 cm^–1, A₀⁶=21 cm^–1, A₄⁶=–304 cm^–1 unf für (II) A₀²=110 cm^–1, A₀⁴=–125 cm^–1, A₄⁴=–1250 cm^–1, A=10 cm^–1 and A₄⁶=–142 ^–1. Die Übereinstimmung zwischen berechneter und beobachteter Aufspaltung war befriedigend.

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Résumé La division, par le champ de ligandes, des états ²F_7/2 et ²F_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 A₂⁰=270 cm^–1, A₄⁰=–165 cm^–1, A₄⁴=–1155 cm^–1, A₀⁶=21 cm^–1, A₄⁶= -304 cm^–1 Yb³⁺:YGaG: A₀²=110 cm^–1, A₀⁴=–125 cm^–1, A₄⁴=–1250 cm^–1, A₀⁶=10 cm^–1 et A₄⁶=–142 ^–1. L'accord entre les spectres calculé et observé est satisfaisant.