Механизмы образования фототропных активаторных центров хрома и ванадия в кристаллах гранатов Сандуленко Александр Витальевич

Введение к работе

Настоящая работа посвящена исследованию механизмов образования фототропных активаторных центров с целью разработки новых кристаллических сред для пассивных просветляющихся затворов, обеспечивающих модуляцию добротности твердотельных и газовых лазеров в широком диапазоне рабочих длин волн.

Актуальность темы:

Задача расширения спектрального диапазона компактных лазерных излучателей, работающих в режиме модуляции добротности, требует создания новых материалов для пассивной модуляции добротности, обеспечивающих высокую эффективность и обладающих хорошим ресурсом и климатической стойкостью. Поэтому изучение фототропных активаторных центров возникающих в кристаллах со структурой граната, является актуальной и важной задачей современной науки и техники. Указанная проблема является важной как с точки зрения применения этих материалов в квантовой электронике, так и с точки зрения создания и усовершенствования технологии получения материалов с заданными фототропными свойствами.

Целью работы: является исследование природы и условий образования фототропных центров хрома и ванадия в кристаллах гранатов.

Основные задачи работы:

1. Исследования спектров дополнительного и наведенного поглощения кристаллов гранатов легированных ионами хрома и выращенных в различных условиях.

2. Расчет энергетических состояний хрома в гранатах с использованием теоретических и эмпирических параметров.

3. Исследование спектров алюмоиттриевого граната легированного ионами ванадия.

4. Исследования фототропных свойств алюмоиттриевого граната легированного ионами ванадия.

5. Исследование модулирующих свойств затворов на основе алюмо-иттриевого граната с ванадием.

Научная новизна :

1. Определены условия и механизмы образования спектров дополнительного поглощения в алюмоиттриевом и смешанных гранатах, легированных ионами хрома.

2. Проведена идентификация спектров дополнительного поглощения алюмоиттриевого и смешанных гранатов легированных ионами хрома. Показано, что спектр дополнительного поглощения в смешанных гранатах определяется тетраэдрически коордированными ионами Сr⁴⁺, а в алюмоиттриевом гранате - тетраэдрически и октаэдрически координированными ионами Сr⁴⁺.

3. Показано, что в легированных ионами ванадия кристаллах алюмоиттриевого граната, синтезированных в восстановительных условиях роста, спектр определяется октаэдрически и тетраэдрически координированными ионами V³⁺.

4. Установлено, что полоса поглощения трехвалентного ванадия V³⁺ в алюмоиттриевом гранате с максимумом поглощения в области 1.3 мкм обладает фототропными свойствами. Измерена кривая просветления этой полосы.

5. Предложена новая модель расчета электронных состояний кластеров [CrO₆]^8- и [CrO₄]^4- методом МО ЛКАО МВГ. Предложена новая расшифровка основного состояния кластера [CrO₄]^4- согласно которой электрон удаляется не из иона Сr³⁺, а из ближайшего окружения – групповой орбиты ионов кислорода.

6. Установлено, что восстановительный отжиг кристаллов ИАГ:V полученных методом ВНК приводит к образованию полосы дополнительного поглощения обусловленной увеличением числа тетраэдрически координированных ионов трехвалентного ванадия.

7. С использованием кристаллов ИАГ:V³⁺ в качестве пассивного затвора получена модуляция добротности в йодном лазере, генерирующим на 1.315 мкм.

8. С использованием ПЛЗ на основе кристаллов ИАГ:V³⁺ экспериментально обнаружена возможность получения пассивной модуляцией добротности резонатора в лазерах с ВКР-самопреобразованием в безопасном для зрения диапазоне длин волн с максимумом на 1.54 мкм.

Практическая значимость:

1. Кристаллы ИАГ:V³⁺ нашли применение в качестве материала для пассивных кристаллических затворов в лазерах на парах йода и в твердотельных неодимовых лазерах для получения генерации в областях спектра 1.06 и 1.33 мкм, а также генерации в лазерах с ВКР-самопреобразованием излучающих в безопасном для зрения диапазоне длин волн с максимумом на 1.54 мкм.

2. Установление условий образования активаторных центров позволило усовершенствовать технологию получения кристаллов ИАГ:V³⁺ и различных гранатов с хромом.

3. Кристаллы ИАГ:Cr⁴⁺нашли применение в качестве материала для пассивных кристаллических затворов в твердотельных неодимовых лазерах для получения генерации в области спектра 1.06 мкм.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Соактивация кристаллов гранатов, активированных ионами Cr³⁺, положительно заряженными двухвалентными ионами (Mg, Ca ) приводит к переходу части ионов Cr³⁺ в состояние Сr⁴⁺. При этом координация образовавшихся в решетке граната ионов Сr⁴⁺ изменяется и они оказываются не только в октаэдрических, но и в тетраэдрических кристаллографических позициях.

2. Интенсивная полоса поглощения ионов хрома с максимумом в области 1.1 мкм в спектрах гранатов, активированных хромом, принадлежит иону Сr⁴⁺, находящемуся в тетраэдрической кристаллографической позиции решетки граната и обусловлена переходом ³A₂ ³T₂.

3. Интенсивная полоса поглощения ионов ванадия с максимум в области 1.3 мкм в кристаллах АИГ обладает фототропными свойствами и принадлежит иону V³⁺, находящемуся в тетраэдрической позиции решетки граната.

4. Восстановительный отжиг кристаллов АИГ активированных ионами ванадия, выращенных методом ВНК приводит к образованию спектра дополнительного поглощения, обусловленного почти двухкратным увеличением числа тетраэдрически координированных ионов V³⁺ .

Апробация работы:

Материалы работы докладывались на 2 Международных 3 Всероссийских конференциях и опубликованы в 8 статьях в отечественных и зарубежных рецензируемых журналах.

Структура и объем работы:

Похожие диссертации на Механизмы образования фототропных активаторных центров хрома и ванадия в кристаллах гранатов

Динамика и механизмы образования дефектов в щелочно-галоидных кристаллах при интенсивном оптическом возбуждении примесных центровДанилов, Валерий Павлович

Электронная структура примесных центров ванадия, хрома и фотовозбужденных комплексов в перспективных оптических материалахГрачева, Ирина Николаевна

Особенности переноса энергии электронного возбуждения между ионами хрома и редкоземельных элементов в кристаллах гранатовПривис, Юрий Семенович

Перенос энергии электронного возбуждения от ионов хрома к ионам неодима, тулия и гольмия в кристаллах скандиевых гранатовСорокина, И.Т.

Особенности спектроскопических характеристик редкоземельных ионов (Nd, Er, Tm, Ho, Dy) в кристаллах со структурой гранатаБольшакова, Евгения Владимировна

Исследование процессов передачи энергии и лазерной генерации в кристаллах гадолиний-галлиевого граната, активированных ионами иттербия и гольмияБеловолов Андрей Михайлович

Кристаллы иттрий-алюминиевого граната и двойного фторида иттрия-лития, активированные ионами Но3+ и Tm3+, как активные среды лазеров двухмикронного диапазонаНикитичев, Алексей Алексеевич

Механизмы образования ионов нитроароматических молекул в газовой фазе и на поверхности пористого кремния при УФ-лазерном воздействииМартынов, Игорь Леонидович

Роль молекулярных оксианионов в образовании центров люминесценции в сложных диэлектрических ионно-ковалентных кристаллахЧукова, Оксана Владимировна

Образование и разрушение центров окраски в оксидных стеклах при анизотропном воздействии оптического излученияБаринова, Надежда Алексеевна