Влияние химического состава стекол на люминесценцию редкоземельных и ртутеподобных ионов в видимой области спектра Раабен, Эльга Львовна

Введение к работе

Актуальность работы. Люминесценция стекол - явление, нашедшее широкое практическое применение. Активаторами люминесценции стекла, как правило, являются ионы, имеюцпе незаполненные электронные оболочки. Наиболее типичными представителями таких активаторов могут служить ионы редкоземельных и переходных элементов.

Ионы редкоземельных элементов нашли самое широкое применение в качестзе активаторов лазерных материалов. Стеклообразная матрица оказалась, в ряде случаев, оптимальной при изготовлении активных лазерных элементов различных размеров и формы. Генерация стимулированного излучения в стеклах впервые была получена на неодимовом стекле, а затем на стеклах, активированных эрбием и иттербием.

Кроме использования в качестве лазерных элементов, стекла с редкоземельными ионами, лшинесцйрущие в видимой области спектра, нашли применение как материалы для катодолюмннесцентных экранов, оболочек люминесцентных лзмп, концентраторов солнечной энергии, люминесцентных эталонов. Приборы, в которых используется люминесценция стекла, имеют широкую номенклатуру, поэтому разработка оптимальных составов активированных стекол с конкретными спектрально-лйминесцентнымй параметрами является весьма актуальной.

Однако, существует еще целый класс ионов, люминесценция которых интенсивна е видимой области спектра. Это, так называемые, "ртутеподобные" ионы, строение которых изоэлектронно строению атома ртути. Особенности спектрального поведения перечисленных выше активаторов определяли их конкретное применение для решения тех или иных.практических задач. Ртутеподобные ионы широко применяются в качестве активаторов видимого свечения - крясталлсфсс-форов. Активированные кристаялофосфоры используются всцннтилля-ционкьк детекторах, дозиметрах ядерного излучения, при разработке новых запоминающих сред.

Ртутеподобные ионы служат необходимыми компонентами состава как массовых, так й специальных оптических стекол. Однако, в этом случае их способность люминесцировать может оказаться нежелательным фактором при использовании в космосе в условиях интенсивного У$ облучения или при формирований изобра*екия высокой контрастнос-

ти. Наиболее типичными ртутеподобнь:ми ионаи: - компонентами стекла - являются ТІ'*' , РЬ^г' ,Ві³⁺ . Так:-.м образо.-.:, разработка усо-верщенсть'озанкух оптических стексл -реоует поиска как методов по-Евгения о;;-ес:<т;:днзети люминесценции стекла, так и способов ее подавления. Б основном, это относится к стекла¹.',, активированным рту-теподебными генами и, в nepsy» очередь, содержащим свинец как важнейший компонент оптических MSTfpJ'.&r.OB типа флинтов.

К .моменту постановки данной ?адачк был накоплен богатый экспериментальный материал, пссэяценный особенностям спектрального поведения редкоземельных ионов в стекле. Однако, эта информация являлась далеко не полной и носила, в основном, относительный ха~ . рактер. Что касается спектрадъкс-л.оминеоценткых свойств стекол, активированных' ртутеподебным;; коками, то даже качественные корреляции мез:ду параметрами стечения к составом матрицы, предстаелен-ные е литературе, косили фрагментарный и противоречивый характер.

Прикладная '.значимость активированных стеклообразных систем, обладающих стечением в видимой области спектра, делает весьма актуальной тему настоящей работы.

Целью работы являлось детальное исследование влияния зсех комлснентоЕ стеклообразно}-! матрицы на формирование оптических центров РЕИ и ртутеподобнкх ионов (е-Еиица), получение абсолютных величин спектрально-люминесцентных параметров, развитие представлении о модели центра стечения в стеклах, содержащих свинец.

Научная нов мака диссертационной работы состоит в тем, что в ней впервые проведен комплексный анализ спектрально-люминесцентных свойств стекол, актнвйрепе.кних рсдкозом-'-льк'.лчи и ртутепоцаб-нчми { Рь¹⁺) ион*-мй , как с-еднноГ; течки зрения на специфику различных ионов с одинаковом.ткпем олектренних перекодов Б одной матрице, так и с тонки г.рекпя единой модели влияния отроения и состава стеклообразных матриц с одним активатором- Кроме того, в диссертации ставилась- задача объяснения механизма свечения и тушения люминесценции s рауках определенно}! модели оптического центра.

В работе также впервые получены абсолютные величины спектрально-люминесцентных параметроЕ некоторых редкоземельных ионов и ' свинца в стеклах, на оснозе наиболеешироко распространенных сте-клообразователей.

Практическая ценное^. Исследования, ирог-еденные ь настоящей работе, позволили установить степень влияния отдельных компонентов

\

стеклообразных систем на характеристики видимой люминесценции ряда элементов с незаполненными электронными оболочками. Установленные корреляции между составом стекла и спектрально-люминесцентными свойствами могут быть положены з основу при создании оптических материалов конкретного назначения.

Полученные в диссертации значения абсолютных величия спектрально-люминесцентных параметров редкоземельных ионов представляют собой вайккй справочный материал для разработки оптимальных стеклообразных сред на основе наиболее широко используемых стеклосбра-зователей.

Детальный анализ выявленных закономерностей изменения спектров поглощения и люминесценции свинца с изменением состава матрицы, а также установление типа оптических переходов, механизма тушения люминесценции и т.д., открывают возможность конструирования материалов с иироким диапазоном заданных спектральных свойств на основе флинтовых стекол и эффективного использования известных практических составов.

Защищаемые положения можно сформуліфоватьследутеїжобразом:-

1. Определены механизмы снятия запрета с электронных дипольних переходов в спектрах, стекол с РЗИ и ртутеподобными ионами.

2. Трехпараметрическая теория Джадда применима при'описаний интенсиБНОстей оптических переходов в'стеклах, активированных . любыми редкоземельными ионами независимо от типа стеклообразной_ матрицы.

3. Определены абселйтные величины спектрально-люминесцентных параметров в оскогпых стеклообразующих матрицах, активированных РЗИ, обладающих эффективным свечением в видимой области сяекгра.

4.Возможно использование концепции "оптической основности* Даффи, базирующейся на корреляция между степеньи поляризации оксидного лиганда и спектральными характеристиками ртутеподос'-ного иона в стекле, в широком диапазоне изменения состава мат-, рицы.

5. Результаты спектрально-кинетических исследований позволяют трактовать механизмы свечения к тушения люминесценции РЬ^а> в стекле как свечение изолированного центра.

6. Для стекол, активированных двухвалентном ионом свинца, применимы модели, предложенные Для оптического центра.

ртутепсдобных ионов в ЩГК.

Апробация рабств;. Основные результаты диссертационной работы были доложены на П (Краснодар, 1979) к Ш (Ленинград, І882) Всесоюзных симпозиумах по спектроскопии кристаллов, активированных ионами редких земель и переходных металлов, на YIII Всесоюзном совещании по стеклообразному состоянию (Ленинград, 1986), на УІ (Рига, 1SS8) и Y1I (Ленинград, 1839) Всесоюзных симпозиумах по оптическим и спектральным свойствам стекол.

Структура и объем диссертации. Работа сострит из введения, трех глав, заключения и.выводов. Объем диссертации 135 страниц машинописного текста, из них 42 рксунка и список литературу, включающий 147 наименований.