Магнитооптические свойства оксидных стекол, активированных Pr и Dy Поцелуйко, Анатолий Михайлович

Введение к работе

Интерес к изучению магнитооптических свойств стекол, активированных редкоземельными (РЗ) элементами, проявляется как из-за их широкого практического применения, так и с целью более глубокого познания свойств соединений РЗ элементов с помощью высокоинформативных магнитооптических методов. Изучение магнитооптического эффекта Фарадея (ЭФ), проведенное в некоторых системах стекол fill], выявило линейную зависимость его величины от концентрации РЗ иона и сложную зависимость от номера РЗ иона, которая, в целом, соответствует зависимости от номера РЗ иона магнитной восприимчивости, что было предсказано теоретически Ван Флеком и Хебом [3]. Наибольшие значения ЭФ наблюдались для стекол, активированных Се³⁺, Pr³\ Nd³⁺, Dy³⁺ и Tb³⁺. Подобные исследования явились основой многочисленных разработок магнитооптических изоляторов, модуляторов, вращателей и тому подобных элементов с использованием стекол, активированных РЗ элементами, главным образом, для видимого диапазона длин волн. В последние годы особенно актуальной стала' проблема создания эффективных магнитооптических элементов для ультрафиолетового (УФ) и инфракрасного (ИК) диапазонов. Это связано с появлением нового поколения лазеров, генерирующих излучение в диапазонах 240-300 нм и 1300-1500 нм. Эффективность магнитооптических элементов определяется не только высокими значениями ЭФ. Последние должны сочетаться с достаточно высокой прозрачностью материал;) п соответствующем диапазоне. Поэтому только комплексное исследование магнитооптических свойств и оптического поглощения на одних и тех же образцах может обеспечить успех разработки. На основе анализа ранее накопленного мирового опыта и данных недавних совместных исследований Института физики им. Л.В.Киренского и Государственного оптического института им. С.И.Вавилова можно ожидать, что наиболее эффективными для УФ диапазона будут стекла, содержащие Рг в достаточно высоких концентрациях. При высоких концентрациях РЗ ионов могут проявляться эффекты взаимодействия между ними, которые будут приводить к изменению магнитооптического качества стекла. Наличие или отсутствие взаимодействия можно установить с помощью исследования концентрационных зависимостей ЭФ и оптического поглощения.

С другой стороны, именно, ионы празеодима до сих пор являются камнем преткновения в интерпретации интенсивностей внутри конфигурационных электронных f-f переходов, вообще, и так называемых сверхчувствительных переходов, в частности. Сверхчувствительный переход в Рг наблюдается в ИК диапазоне, который в литературе представлен весьма слабо. Поэтому детальное исследование интен-сивксотей полос поглощения в ИК диапазоне и, особенно, их температурных зависимостей могут стать началом формирования нового массива экспериментальных данных, необходимых для дальнейшего раз-

вития представлений о внутри конфигурационных переходах в РЗ ионах. Такое исследование целесообразно проводить в сравнении с другим РЗ ионом, для которого, в отличие от Рг, интенсивности полос поглощения хорошо описываются современной теорией. Удобно в качестве иона для сравнения выбрать Dy, который характеризуется близким к Рг значением ЭФ в УФ и видимой областях спектра. Немаловажной представляется и возможность получения новых данных о структуре ближайшего окружения Рг и Dy в стекле с помощью сопоставления магнитооптических активностей и интенсивностеи электронных переходов различной природы в различных стеклянных матрицах.

Целью работы является получение концентрационных зависимостей ЭФ и оптического поглощения иона Рг³⁺ в различных стеклянных матрицах в УФ и видимом диапазонах, определение магнитооптической активности электронных переходов различной природы в Рг и Dy в различных матрицах, а также получение температурных зависимостей интенсивностеи полос поглощения этих ионов в тех же матрицах в ИК диапазоне.

Основные задачи работы заключались в следующем:

1. Получить экспериментальные зависимости ЭФ и поглощения в УФ,

видимом и ИК диапазонах в алюмоборатных и силикофосфатных стеклах, активированных Рг³⁺ и Dy³⁺, для создания высокоэффективных магнитооптических материалов на основе этих матриц.

2. Провести комплексное исследование магнитооптической активности

стекольной системы РггОз+иВзОб.

3. На основе проведения измерений температурных зависимостей ха-

рактеристик полос в спектрах поглощения в ИК области исследовать наличие сверхчувствительного поведения переходов ³'H4-»³F₂ и ⁶Hi5/2-»⁶Fii/2 в ионах Рг³⁺ и Dy³⁺, соответственно, в изучаемых матрицах.

Научная новизна. Получены концентрационные зависимости ЭФ и оптического поглощения в силико-фосфатных стеклах, активированных Рг. Выявлена и объяснена нелинейность этих зависимостей при определенных технологических условиях изготовления стекла, что приводит к ухудшению его магнитооптического качества. Для лучших стекол этого состава получены рекордные значения магнитооптической добротности в УФ области.

Впервые исследованы новые для магнитооптики стекла на основе трибората лития, активированные Рг³⁺ в высоких концентрациях.

Оценены магнитооптические активности различных электронных переходов двух представителей класса РЗ ионов: Рг³⁺ и Эу³⁺. Ранее такие оценки для f-ионов не проводились.

Впервые получены температурные зависимости интенсивно-стей полос поглощения в ИК области спектра для ионов Рг³⁺ и Dy³⁺ в различных стеклянных матрицах. Обнаружена принципиальная разница в характере этих зависимостей для Рг и Dy³*.

Практическая ценность. Полученные экспериментальные результаты внесли существенный вклад в разработку новых эффективных магнитооптических материалов для УФ области спектра.

На защиту выносятся:

-результаты экспериментального исследования спектров ЭФ и поглощения в алюмоборатных и силикофосфатных стеклах, активированных Рг³⁺ и Dy³⁺, в УФ, видимой и ИК областях спектра;

-результаты исследования новых стекол системы РГ2О3+І-ІВ3О5, как высокоэффективного магнитооптического материала;

-анализ результатов температурных зависимостей спектров поглощения в ИК области и поведения сверхчувствительных переходов ионов Рг³⁺ и Dy³⁺.

Апробация работы и публикации. Результаты работы были представлены и обсуждались на Международной конференции по магнетизму (ICM'97), Австралия 1997, и на ежегодной межрегиональной научно-технической конференции с международным участием памяти A.M. Ставера, Красноярск 1998. Основные результаты изложены в пяти опубликованных работах, список которых приведен в конце реферата.

Структура диссертации. Диссертация изложена на 97 страницах, она состоит из введения, четырех глав, заключения и двух приложений, включает 53 рисунка и 11 таблиц. Список литературы содержит 76 названий.