Введение к работе
Актуальность.
В течение многих лет чистые и активированные щелочно -алоидные кристаллы (ЩГК) являются важнейшими модельными бъектами для физики дефектов в кристаллах, спектроскопии центов люминесценции, теории экситонов и других разделов физики вердого тела и физической оптики. Открытие и успешное изучение овых физических явлений, таких, как автолокализация дырок в деальной решетке и распад электронных возбуждений с образова-ием структурных дефектов, формирование новых подходов в теории вердого тела, развитие теории экситонов и поляронной теории во ногом стали возможными благодаря интенсивным исследованиям истых и активированных ЩГК.
Несмотря на то, что чистые ЩГК используются в качестве оп-лческих материалов для ИК и УФ (включая ВУФ) областей спектра, шовные и наиболее важные применения ЩГК связаны с созданием них центров окраски и целенаправленным введением в кристаллы їзличньіх примесных ионов-активаторов. Среди многочисленных ио-эв-активаторов, вводимых в ЩГК с целью создания модельных объ-стов, а также для разнообразных применений, особое место зани-ают ртутеподобные ионы (РИ) In"*", ТІ"*", Sn.2+ и др. Свое название И получили за схожесть строения своих электронных оболочек с гектронной оболочкой нейтрального атома ртути. Именно с этой >уппой примесных ионов связаны многие важнейшие применения стивированных ЩГК, такие, как сцинтилляционная техника, кван-івая электроника, медицинская рентгеновская радиография, разра-ітка перспективных элементов памяти вычислительных машин. РИ ЩГК рассматривались также в качестве перспективного класса ак-[ваторов для получения перестраиваемого лазерного излучения в Р области спектра.
В течение долгого времени указанные кристаллы были объек-ми обширных исследований в радиационной физике при изучении юцессов генерации электронных возбуждений и образования де-жтов под действием ионизирующих излучений - рентгеновских и мма-квантов, пучков электронов. Оптическое возбуждение ЩГК с
РИ проводилось, в основном, с целью изучения обычных спектроск пических характеристик кристаллов и ограничивалось некогерентні ми низкоинтенсивными источниками света.
Открытие лазеров и впечатляющий прогресс квантовой эле; троники и нелинейной оптики в 70-80 годы поставили перед наукой техникой ряд новых задач, связанных с необходимостью изучеш физических процессов, протекающих в ионных кристаллах под до ствием мощного лазерного излучения. К таким процессам относяті фотоионизация примесных центров, оптические переходы из возбу?; денных состояний и многофотонные переходы, генерация электрст ных возбуждений (электронов, дырок, экситонов), образование прі месных и собственных дефектов. Для большинства широкозоннь диэлектриков все эти процессы представляли собой практически ні изученный раздел физики взаимодействия излучения с веществом.
Актуальность исследования процессов, связанных с воздействі ем мощного лазерного излучения на диэлектрические материалі определяется многими научными и прикладными проблемами лазе] ной физики, такими, как лазерная накачка активных кристаллич* ских материалов, генерация гармоник и параметрические взаимодеі ствия в кристаллах, оптические. и радиационные технологии создаю активных материалов и пассивных затворов на центрах окраски, л; зерное разрушение оптических материалов, лазерные методы запис и считывания информации.
Цель работы.
Основная цель настоящей работы состояла в исследовании фі зических механизмов генерации электронных возбуждений и образе вания примесных и собственных дефектов в активированных Р ЩГК под действием мощного лазерного излучения. Наши первь эксперименты показали [1-3], что лазерное возбуждение активирс ванных РИ ЩГК в полосы примесного поглощения (УФ область спез тра) на много порядков увеличивает вероятность фотоионизацу примесных центров и эффективность образования дефектов по сраї нению с нерезонансным (видимая и ИК-область) лазерным возбужд< нием кристаллов. Поэтому резонансное возбуждение примеснь: центров в кристаллах представляет наибольший интерес как с физі
;ской точки зрения, так и с точки зрения реализованных и возможнее применений активированных РИ ЩГК. Еот почему основное пімание в настоящей работе уделялось изучению физических провесов, вызванных интенсивным оптическим возбуждением примес-,гх ионов. Важнейшей частью исследований было изучение динами-1 (в том числе пикосекундной) образования дефектов. Результаты ікосекундньїх измерений и их анализ позволили обоснованно притечь экситонные процессы в кристаллах для объяснения природы іразования F-центров и других дефектов в активированных ЩГК. В новные задачи диссертации входило также применение численных зтодов для компьютерного моделирования оптически стимулирован->1Х'процессов делокализации электронных возбуждений и образова-ія дефектов в активированных РИ ЩГК.
Научная новизна.
Основное содержание диссертации составляют результаты ис-іедований обнаруженных нами новых и ранее неизученных физиче-:их явлений. Так, обнаруженная нами эффективная ионизация РИ в [ГК под действием мощных УФ лазерных импульсов дала начало іклу работ, в которых исследовались механизмы ионизации при-;сных центров [1-3], динамика образования дефектов [2-4], спектро-:опические характеристики высокоэнергетических и зонных вазилокальных) состояний активатора [8-11].
В диссертации впервые проведены систематические экспери-штальные и теоретические исследования процессов взаимодействия [тенсивного лазерного излучения с активированными РИ ЩГК, порчен большой объем приоритетных фундаментальных результатов, ачительно расширяющих физические представления о процессах аимодействия активированных и номинально чистых диэлектриче-:их материалов с интенсивными световыми потоками. Основные ре-льтаты диссертации, приведенные в Заключении, получены вперте и составляют ее научную новизну.
Практическая ценность.
После проведенного в диссертации комплекса исследований ста-: очевидной необходимость учета квазилокальных состояний акти-тора, дырочных и экситонных процессов при разработке теоретиче-
ских моделей, описывающих генерацию электронных возбуждений дефектообразование при оптическом возбуждении диэлектриков. Ш лученные результаты будут способствовать дальнейшему развитиь возможно, и пересмотру сложившихся представлений о физически механизмах лазерного пробоя диэлектриков, оптической и радиащ онной стойкости диэлектрических материалов, физических процесса записи и считывания информации в твердотельных запоминающи средах. Обнаруженная и исследованная нами эффективная резонанс ная фотоионизация примесных центров в ЩГК и последующее обрг зование больших концентраций F-центров могут быть использован при разработке оптических технологий создания перестраиваемы лазеров на А(1)-центрах [4, 21] и других центрах окраски. Предлс женный на базе научных результатов способ оптической записи ю формации при УФ-возбуждении активированных РИ ЩГК защищс авторским свидетельством [12].
Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертации неоднократно докладывались и семинарах ИОФАН, ФИАН, МГУ, Дюссельдорфского университет (ФРГ), доложены на 27-ом Всесоюзном совещании по люминесценци (Эзерниеки, 1980 г.), на Прибалтийском семинаре по физике ионны кристаллов (Рига, 1981 г.), на 6-ой Всесоюзной конференции по физі-ке ВУФ (Москва, 1982 г.), на 11-ой Всесоюзной конференции по коге рентной и нелинейной оптике (Ереван, 1982 г.), на 20-ом Всесоюзно съезде по спектроскопии (Киев, 1988 г.), на 12-ой Международно конференции по дефектам в диэлектрических материалах (Нор; кирхен, 1992 г.), на 5-ом Международном семинаре по точечным де фектам в диэлектриках и центрам с глубокими уровнями в полупрс водниках (Гиссен, 1994 г.) и опубликованы в работах [1-26].
Личный вклад автора.
Диссертация является результатом многолетних исследовани автора и представляет собой обобщение работ, список которых прі-веден в конце автореферата.
В Главах 1-3 автор частично использовал результаты ее вместных исследований с П.Г.Барановым и Л.Е.Нагли. Часть исследс ваний (Главы 4-5) выполнены совместно с В.В.Бочкаревым и М.СБг
:ыговым под руководством автора. В работе использованы экспериментальные результаты, полученные в лабораториях ПТ.Баранова Физико-Технический Институт РАН), Д.Шмида и Л.О.Швана Дюссельдорфский университет, ФРГ).
Постановка задачи, общее руководство научными исследова-[иями, разработка теоретических моделей, а так же основные ре-(ультаты, представленные на защиту, принадлежат автору.
Структура диссертации.
Диссертация состоит из ведения, шести глав и заключения, изгажена на 169 страницах, включая 43 рисунка, 3 таблицы и библио-рафиот из 141 наименования.
