Введение к работе
Актуальность тещ. Коротковолновые спектры редкоземельных ионов (РЗИ) в ишрокозонных кристаллах являются предметом интенсивных исследований на протяжении последних двадцати лет. Интерес к вакуумноультрафиолетовой I БУФ ) области спектра , безусловно, связан с перспективами использования лазерного излучения рассматриваемых диапазонов длин волн, что определяется возможностью получать большие значения концентрации энергии и коротких импульсов излучения. Лазеры коротковолнового излучения применяются, например, з качестве источников возбуждения при исследовании люминесценции различных сред.
Уникальными спектральным свойствами в ЗУФ-диапазоне обладают трехвалентные ионы редких земель, имеющие узкополосные интенсивные спектры поглощения и люминесценции в этой области длин волн, где лежат энергии их AJ - 5 сі переходов. Это делает активированные РЗИ кристаллы наиболее перспективными материалами для использования в качестве активных сред твердотельных лазеров. При этом требование прозрачности матрицы в ВУФ-диапазоне выделяет среди ионных кристаллов фториды, имеющие широкую запрещенную зону.
Экспериментально исследованные к настоящему времени спектр" 4І - 5d переходов РЗИ в ряде фторидних матриц показали при сравнении: с результатами теоретических расчетов, наличие повторяющихся спектральных аномалий, не поддающихся однозначной интерпретации. Это, безусловно затрудняет применение результатов исследований и делает весьма актуальной задачу определения механизма возникновения аномалий в спектрах Фторидних кристаллов, активированных редкоземельными ионами.
Решение этой задачи, очевидно, требует детального исследования кристаллической структуры используемых в ВУФ-области спектра активированных монокристаллов, так как особенностью
.4-і
4+ ЪА,- конфигурации редкоземельных ионов является сильная зависимость энергетической структуры ее подуровней от кристаллического поля матрицы.
Изучению механизма возникновения аномалий коротковолновых спектров поглощения и люминесценции редкоземельных ионов в различных фторидных матрицах путем совместных исследований спектральных свойств активированных РЗИ кристаллов и особенностей их кристаллической структуры и посвящена настоящая работа.
Целью диссертационной работы является изучение ВУФ-спе-ктральншс свойств редкоземельных ионов в широкозонных матрицах; определение аномалий наблюдаемых спектров поглощения и люминесценции; исследование кристаллической структуры монокристаллов фторидов, активированных РЗИ, и установление вклада структурного фактора в механизм возникновения спектральных аномалий.
Натчная новизна. Впервые были проведены совместные исследования ВУФ-спектральннх и структурных свойств фторидных монокристаллов, активированных редкоземельными ионами, обусловленные необходимостью выявления механизма возникновения аномалий их коротковолновых спектров поглощения и люминесценции.
Впервые были получены ВУФ-спектры поглощения широкозонных
монокристаллов , обнаружившие присут-
ствие, наряду с основными, дополнительных полос поглощения-меньшей интенсивности.
Впервые была обнаружена высокоэффективная I квантовый вы-
ХОД > 20 % ) ВУФ-ЛЮМИНЄСЦЄНЦИЯ ионов соответствен-
но в матрицах . В монокристалле
получена самая коротковолновая на настоящий момент люминесценция ( на 169 нм ) при комнатной температуре. В монокристалле LiVFo - r/d?^ впервые обнаружена нетривиальная зависимость формы спектра люминесценции ясна /V"- от длины волны возбуждающего язлучензя.
Бпврвыо методом растровой электронной микроскопаа (РЭМ) исследована кристаллическая структура активированных РЗИ монокристаллов KY3F10 ,UVFh , BaY^Fj? а установлено существование двух тяпоз двойниковых структур, соотввтсвутсщях по-яаморфкым оС OJ3 превращениям с ззмененаем ж без нзммненяя координации РЗИ. На прямврэ матрицы BaY2 F3 впервые было показано, что формирована» структур І з II тжпов происходит "в соответствии с проявлением редкоземельными ноназан смешанной либо фиксированной валентности ( равной +3J ; предложен механизм образования твердого раствора при введении РЗИ смешанной валентности.
Обнаружено соответствие мажду двумя типами аномалий в коротковолновых спектрах РЗИ в матрицах LtYF^ , KY3F^o , Вй\г. Fs и типами природных дефектов исследуемых монокристаллов: искажение формы полос поглощения, имеющее вид пьедестала у основной полосы, наблюдается в монокристаллах I типа ; дополнительные полосы наблюдаются в,спектрах поглощения кристаллов II типа. Проведен анализ механизма возникновения данных спектральных аномаляй.
Впервые исследован механизм возникновения люминесценции ионов ЕГг и соответственно в матрицах Ю4Ьо hUYFv , имеющих структуру II типа. Сделан вывод о том, что наблюдаемая люминесценция происходи'1 вследствие резонансной передачи
энергиа жз областей основной симметрии кристалла в области е- фазы, которые формируются с изменением координацжи РЗИ.
Практическая значимость работы. Проведанные в настоящей работе исследования, соединяюще изучение спектральных ж структурных особенностей активированных РЗИ монокржсталлов фторидов, позволили выявить механизм формирования аномалий их ВУФ-споктров поглощения и люминесценции, что, безусловно, расширяет возмолшоств практического применения активированных фто-радных матриц. Обнаруженный в результате данных исследований положительный вклад областей нарушения кристаллической симметрии активированных матрвд в маханжзы возбужденжя люминесценции с высоким квантовым выходом делает исследованные монокржсталлы чрезвычайно перспективными-лазерными материалами. Результаты совместных структурно-оптических исследований могут быть использованы для создания активированных РЗИ фторидних монокристаллов с оптическими свойствами, необходимыми для их использования в качестве активных сред твердотельных лазеров.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на XIII Международной конференции по электронной микроскопии (Сумы 1987].
Публикации. По материалам диссертации опубликовано шесть печатных работ, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем работы, диссертация состоит из введения .четырех глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 122 страницах машинописного текста, включая 35 рисунков и I таблицу, библиографический список содержит III наименований.
