Введение к работе
Актуальность темы
Неорганические лазерные стекла приобретают все большее значение в научных исследованиях и практическом применении. Благодаря своей технологичности, оптической однородности, прозрачности в широком спектральном диапазоне и сравнительно низкой стоимости стекла стали одним из важнейших материалов для создания оптических квантовых генераторов, реальной альтернативой лазерным кристаллам.
Эффект генерации лазерного излучения в неорганических стеклах получен практически для всех ионов редкоземельных элементов (РЗЭ). Однако промышленное применение получили в основном только неодимовые лазеры, так как в остальных случаях пороги генерации оказались очень высокими. Это связано в первую очередь с весьма малой интегральной интенсивностью собственных полос поглощения большинства ионов РЗЭ (силы осцилляторов порядка 10"6), вследствие чего лишь незначительная доля оптического возбуждения может быть преобразована в энергию лазерного излучения. Решение этой проблемы, очевидно, лежит в поиске подходящих сенсибилизаторов - примесных частиц, способных поглощать энергию в широком спектральном диапазоне и передавать ее затем ионам РЗЭ. В таком качестве могут быть использованы некоторые ионы d- элементов, в частности Сг(Ш), Мп(И), Мо(И) и др., однако все они обладают общим недостатком, связанным с наличием широко разветвленной структуры электронных уровней и, следовательно, высокой вероятностью обратного переноса энергаи «ион РЗЭ—» 3d - ион». Обратный перенос приводит к значительному обеднению возбужденного состояния иона -активатора, что в большинстве случаев лишает подобные люминофоры каких-либо преимуществ по сравнению с несоактивированными системами. Поиск новых сенсибилизаторов для лазерных РЗЭ - ионов является важной и актуальной научной задачей.
Цель работы заключалась в разработке, создании и исследовании физических и спектрально-люминесцентных свойств новых люминофоров -силикофосфатных стекол, активированных ионами титана(Ш) и соактивированных некоторыми ионами РЗЭ; изучении возможности безызлучательной передачи энергии электронного возбуждения в системе П3* -Й3* - Ег1 И парах Г/3* - (#о'\ Tm"*,Dy1*) .
Задачи работы
і. Разработка технологии получения люминофоров на основе калий-алюмосиликофосфатного стекла (КАСФС), активированного титаном и некоторыми трехвалентными ионами РЗЭ.
z Изучение наиболее важных физических и химических свойств активированных стекол КАСФС.
з. Изучение спектральных и люминесцентно-кинетических характеристик ионов Ті1*,7b3*,Егг\Н<Г ,Тт3*,Dy'* в КАСФС.
д. Изучение возможности безызлучательного переноса энергии электронного возбуждения в системе Ті3* - ЇЬ3* - Er3t в КАСФС.
5. Изучение возможности сенсибилизации люминесценции других ионов РЗЭ {Но*,Тт1\Г)у*) ионами Ті3* в КАСФС.
Научная новизна. В работе впервые:
Разработаны и созданы люминофоры на основе силикофосфатных стекол с
различными композициям ионов-активаторов:
Ті3* - 7Ь ** - Ег3*, Ті3* -Но3*,Тіг* -Dy^Ji3*- Ттг*.
Обнаружена эффективная сенсибилизация люминесценции иттербия и эрбия ионами трехвалентного титана в КАСФС. Показано наличие безызлучательного переноса энергии возбуждения от ионов титана(Ш) к ионам гольмия(Ш) в КАСФС.
Определены наиболее важные физические и спектрально-люминесцентные характеристики новых люминофоров: параметры интенсивности Джадда-Офельта, силы осцилляторов полос поглощения, коэффициенты Эйнштейна для спонтанных переходов, время жизни возбужденного состояния, квантовый выход люминесценции. Практическое значение работы.
1.Полученные результаты могут использоваться для дальнейшего развития теории и практики лазерных стекол.
2.Созданный материал на основе силикофосфатного стекла, активированного Ті(Ш) может быть использован как активный элемент лазеров с перестраиваемой длиной волны генерации.
З.Стекло, соактивированное титаном(Ш), иттербием и эрбием может быть использовано в технике создания новых лазеров с высоким КПД.
Положения выносимые на защиту: 1.Технология даухстадийной варки позволяет получать стекла КАСФС, активированные П3* и трехзарядными ионами РЗЭ, не содержащие примесей тнтана(1У) и редкоземельных элементов в других валентных состояниях.
2.Стекло КАСФС: Ті1* обладает интенсивной d-d-люминесценцией титана по каналу 1Es-1Tls в области 750-1010 нм.
З.При соактивации ионов Yb3t ,Ег* ,Но** ионами титана наблюдается безызлучатальный перенос энергии в парах: титан-иттербий, титан-эрбий, титан-гольмий по диполь-дипольному механизму с последующей
люминесценцией РЗЭ-ионов по лазерным каналам: УЬ
-V J, Но['/7-'/,]
4.Ионы трехвалентного титана не являются тушителями люминесценции ионов Yb3>, Er1*, Но1* на лазерных переходах. Личный вклад автора. Все экспериментальные результаты получены лично автором. Совместно с научным руководителем осуществлялась постановка задачи и обсуждение результатов.
Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докладывались на научных семинарах кафедры физической и аналитической химии и кафедры общей и экспериментальной физики РГПУ им. А.И. Герцена (1996-1997 г.). По результатам работы опубликовано 4 печатные работы, цитированные в тексте диссертации.
Структура и объем работы: Диссертационная работа содержит 152страниц машинописного текста, И таблиц, 24 рисунка, библиографический список из 131 наименования и состоит из введения, трех глав, заключения и выводов.
