Исследования спектрально-люминесцентных свойств и симметрии кристаллов скандоборатов редких земель, активированных неодимом и хромом Чуев, Юрий Михайлович

Введение к работе

Актуальность темы. Широкое распространение

твердотельных лазеров в различных областях науки, техники и
медицины постоянно выдвигает новые требования

совершенствования существующих и создания новых лазерных систем. Развитие интегральной оптики и систем оптической связи потребовало создания эффективных миниатюрных источников излучения на основе твердотельных лазеров, которые используются при обработке информации, управлении технологическими процессами и т.п. Миниатюрные лазерные излучатели находят широкое применение и в медицине, например, в хирургии, офтальмологии. Для их создания необходимы кристаллы с высокой концентрацией активных частиц

9-І о

(10^ см и выше).

Увеличение концентрации активных ионов неизбежно

приводит к росту межионных взаимодействий, что проявляется в эффекте концентрационного тушения люминесценции (КТЛ). Поэтому особый интерес Быьырают высококонцентриро ванные активные среды, характеризующиеся эффектом аномально слабого КТЛ. К классу таких сред относятся кристаллы редкоземельных скандиевых боратов (РСБ) с неодимом Nd_>.Ln₁__xSc₃(B0₃)₄. Кристаллы РСБ в настоящее время наиболее технологичны среди высококонцентрированных кристаллов с низким КТЛ, потому что их выращивают по методу Чохральского из расплава в платиновых" тиглях на воздухе с достаточно высокими скоростями (до 3 мм в час).

Кристаллы РСБ содержат позицию Зс³⁺ для введения ионов Сг"⁺. Поэтому пзедстэБЛЯ^т интерес проведение исследований

- 4 -спектрально-люминесцентных свойств кристаллов РСБ с хромом и неодимом, которые могут быть использованы как активные среды лазеров с ламповой накачкой, и кристаллов РСБ с хромом, с целью изучения перспективы создания лазера, перестраиваемого в ближнем ИК-диапазоне.

В связи со сказанным выше целью работы является систематическое изучение симметрии кристаллической решетки и спектрально-люминесцентных свойств кристаллов RSCgdJOg)^ (R = la, Ia-Gd, Се, Ce-Gd), активированных неодимом, неодимом и хромом, хромом, в широком диапазоне концентраций активаторов.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые проведены комплексные исследования новых монокристаллов с уникальным сочетанием свойств - скандоборатов редких земель, активированных неодимом, хромом, неодимом и хромом. При этом впервые:

1 > экспериментально установлена зависимость образования двух политипных модификаций кристаллической структуры brx^Ln^__xSc₃(B0₃)4 от соотношения концентраций In¹ и In²;

2) из данных спектрально-люминесцентных измерений
построены схемы штарковского расщепления мультиплетов ионов
М³⁺ в моноклинных и тригональних кристаллах РСБ, рассчитаны
эффективные излучательше поперечные сечения генерационных

переходов ^3/2 * ^4l11/2 ^и ^3/2 * ^4l13/2 ^ПР^И ^^{30 К;}

1. определены механизмы и каналы концентрационного тушения люминесценции Ш³⁺ в РСБ;

2. в кристаллах РСБ с концентрацией неодима, близкой к максимальной обнаружено существование двух типов центров люминесценции Ш³⁺;

5. по экспериментальным данным рассчитаны схемы конфигурационных кривых ионов Сг³⁺ в моноклинных и тригональних кристаллах РСБ, определены поперечные сечения излучательного перехода ^ "* ^ Сг³⁺;

6. изучена температурная зависимость времени жизни хрома в кристаллах РСБ в диапазоне температур 77-300 К;

7) экспериментально изучены процессы безызлучательной передачи энергии электронного возбуждения от ионов Сг к ионам Nd в кристаллах РСБ.

Научно-практическое значение работы. Результаты приведенных в диссертационной работе исследований свидетельствуют, что кристаллы РСБ с неодимом и с неодимом и хромом перспективны для создания на их основе высокоэффективных малогабаритных лазеров, а кристаллы-РСБ с хромом удовлетворяют всем требованиям, предъявляемым к активным средам для создания лазеров, перестраиваемых в ближнем ИК-диапазоне. Установленная в работе зависимость структуры и спектроскопических свойств кристаллов РСБ от их состара может быть использована при разработке новых лазерных систем с заданными свойствами, в том числе и лазеров с самоудвоением частоты генерации.

В настоящее время результаты работы используются НПО "ФИРН" и могут быть практически использованы в России: ИОФ РАН, ИК РАН, НПО "'Полюс". ГОИ им.С.И.Вавилова и др., а также за рубежом.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1) зависимость образования двух политипных модификаций кристаллической структуры RScg(B0₃)₄ от соотношения

о.

концентраций различных In -ионов в R-позиции, определяющего

о.

величину среднего ионного радиуса R , условия кристаллизации РСБ в двух политипных модификациях;

о.

2) схемы штарковского расщепления ионов Ш в
моноклинных и тригональних кристаллах РСБ, значения
эффективных поперечных сечений излучательных переходов

4/2 * ^4l11/2 ^и 4/2 * ^4l13/2 ИР^{11 30 К:}

3) механизмы и каналы концентрационного тушения

люминесценции Ш в РСБ;

4. вывод о существовании двух типов центров люминесценции Ш ;

5. схемы конфигурационных кривых ионов Сг , значения эффективных поперечных сечений излучательного нерехода т₂ * Ag Сг в моноклинных и тригональних кристаллах РСБ;

6. температурная зависимость времени жизни хрома в кристаллах РСБ в диапазоне температур 77-300 К;

7. механизмы безызлучательной передачи энергии электронного возбуждения от ионов Сг к ионам Ш в кристаллах РСБ;

Объем и структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы, содержащего 192 наименования. Работа содержит 185 страниц машинописного текста, в том числе 40 рисунков и 12 таблиц.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 10 печатных работах. Результаты диссертации докладывались на Международной конференции "Оптика лазеров'93" (С-Петербург, 1993), Международной конференции по люминесценции (Москва, 1994), X Международном симпозиуме по спектроскопии кристаллов, активированных

- 7 -ионами редкоземельных и переходных металлов (С-Петербург, 1995), IX Всесоюзном симпозиуме по спектроскопии кристаллов, активированных ионами редкоземельных и переходных металлов (Ленинград, 1990), VII, VIII и IX Всесоюзных совещаниях-семинарах "Спектроскопия лазерных материалов" (Краснодар, 1989,1991,1993), Всесоюзной конференции по люминесценции (Москва, 1991) и на семинарах кафедры экспериментальной физики КубТУ.

Похожие диссертации на Исследования спектрально-люминесцентных свойств и симметрии кристаллов скандоборатов редких земель, активированных неодимом и хромом

Влияние внешних статических воздействий на акустические свойства пьезоэлектрических кристаллов кубической симметрии Сорокин Борис Павлович

Процессы переноса и релаксации энергии в лазерных кристаллах со структурой граната, активированных хромом и неодимом Остроумов Василий Георгиевич

Получение и исследование свойств висмутсодержащих многокомпонентных твердых растворов на основе соединений А^3 В^5 Лисицын Сергей Викторович

Нейтронографические и акустические исследования свойств кварца в области Z-Z-перехода и их влияния на геодинамические процессыВасин Роман Николаевич

Исследование свойств галогенидосеребряных кристаллов с помощью моделирования на СВЧВольхин, Игорь Львович

Исследование свойств тонких пленок воды в дисперсных системах на основе углеродсодержащих материалов в тепловых и электромагнитных поляхБардюг, Даниил Юрьевич

Исследование свойств фуллеренов и нанотрубок методом молекулярной динамики Корнилов Дмитрий Александрович

Исследование свойств сверхпроводников с неоднородной плотностью состояний и анизотропным параметром порядкаФедоров, Николай Кимович

Исследование свойств оптических, СВЧ и электронных элементов на основе полимерных и керамических подложек с тонким металлическим покрытием Трофимов Сергей Митрофанович

Магнитно-резонансные исследования наноскопических свойств криогенных жидкостейЮдин Алексей Николаевич