Активные среды перестраиваемых лазеров ультрафиолетового диапазона на основе фторидных кристаллов структуры кольквиирита, тисонита и шеелита, активированных редкоземельными ионами

• Автор: Семашко, Вадим Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 231 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ПРЕДПОСЫЛКИ И ПРЕПЯТСТВИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕЖКОНФИГУРАЦИОННЫХ ПЕРЕХОДОВ ИОНОВ ЛАНТАНОИДОВ В КРИСТАЛЛАХ ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ ВЫНУЖДЕННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО И ВАКУУМНО-УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ДИАПАЗОНА
1.1. Оптические переходы трехвалентных ионов лантаноидов и перспективы их использования в качестве рабочих переходов лазеров УФ и ВУФ
диапазонов
1.1.1. Энергетические состояния и электронные переходы ионов лантаноидов
1.1.2. Перспективы реализации оптических квантовых генераторов и оптических усилителей УФ и ВУФ диапазонов на основе
кристаллических материалов
1.2. Особенности межконфигурационных переходов ионов Се3+, Рг3+ и Ш3+
1.2.1. Ион Се3+
1.2.2. Ион Рг3+
1.2.3. Ион №3+
1.3. Фотодинамические процессы в активированных кристаллах и их влияние
на возможность возбужденного вынужденного УФ и ВУФ излучения
ГЛАВА 2. АКТИВНАЯ СРЕДА УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ДИАПАЗОНА НА ОСНОВЕ КРИСТАЛЛА КОЛЬКВИИРИТА (1ЛСаА1Р6), АКТИВИРОВАННОГО ИОНАМИ ТРЕХВАЛЕНТНОГО ЦЕРИЯ
2.1. Особенности подготовки образцов
2.2. Спектрально-кинетические характеристики 5(1-4/переходов ионов Се3+
в кристаллах ЫСаАДб
2.3. Усилительные характеристики кристаллов ЫСаАШбгСе3"1" в УФ диапазоне
2.4. Характеристики кристалла 1ЛСаА1Г6:Се3+ в режиме лазерной генерации
2.4.1. Эксперименты в неселективном резонаторе и анализ факторов, определяющих энергетические характеристики лазерной генерации
2.4.2. Диапазон перестройки частоты вынужденного излучения лазера на

основе кристалла ІлСаА1Рб:Се3+

ГЛАВА 3. АКТИВНЫЕ СРЕДЫ НА ОСНОВЕ КРИСТАЛЛОВ ДВОЙНЫХ ФТОРИДОВ СО СТРУКТУРОЙ ШЕЕЛИТА
3.1. Кристаллы двойных фторидов 1лМеР4 (Ме=У,Ьи) и обоснование выбора объектов исследований
3.2. Образцы для исследований
3.3. Сравнительные исследования спектрально-кинетических характеристик кристаллов 1ЛУР4:Се3+ и ЬіЬиР4:Се3+
3.3.1. Спектры поглощения и люминесценции кристаллов ЬіУР4:Се3+
и ІіІліР4:Се3+
3.3.2. Квантовый выход и кинетика 5с1-4/люминесценции иоиов Се3+
в кристаллах ЬіУР4 и ІЛІлЛм
3.4. Центры окраски в кристаллах двойных фторидов со структурой шеелита
3.5. Кристаллохимический способ подавления соляризации активных сред
УФ диапазона
3.6. Оптические свойства кристаллов ЫУР4:Се3+ и ЬіЬиР4:Се3+ в условиях интенсивного возбуждения
3.6.1. Особенности техники эксперимента
3.6.2. Нелинейное поглощение излучения накачки
3.6.3. Спектры возбужденных кристаллов ЬіУР4:Се3+ и 1лЬиР4:Се3+ в
области 5сі-4/переходов иоиов Се3+
3.6.4. Исследование зависимости коэффициента оптического усиления от интенсивности зондирующего излучения
3.7. Сравнительные исследования кристаллов 1ЛУР4:Се3+, 1лЬиР4:Се3+ и ЕіЬиі-хУЬхЕ4:Се3+ в режиме лазерной генерации
3.7.1. Образцы и техника эксперимента
3.7.2. Лазерные характеристики кристаллов ЫУР4:Се3+ и 1лЬиР4:Сс3+
3.7.3. Лазерные характеристики кристаллов ІлІдіР4:Се3+, соактивированных ионами УЬ3+
3.7.3.1. Результаты лазерных тестов и возможности лазерного эксперимента при исследовании фотодинамических процессов в активных средах в режиме лазерной генерации

3.7.3.2. Модель динамических процессов в твердотельных УФ
активных средах в условиях лазерной генерации
3.7.3.3. Коэффициент динамических внутрирезонаторных
потерь в лазере на кристаллах ЫЬи1.хУЬхр4:Се3+
ГЛАВА 4. АПКОНВЕРСИОННАЯ НАКАЧКА 4/_/5-СОСТОЯНИЙ ТРЕХВАЛЕНТНЫХ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ИОНОВ В
КРИСТАЛЛАХ
4.1. Основные идеи и критерии выбора схемы апконверсионной накачки
состояний смешанной 4/'15с!1 конфигурации редкоземельных ионов
4.2. Антистоксова 4/5(1-4/ люминесценция ионов Ыс13+ в кристаллах
ЫУР4 и ЫШм
4.3. Апконверсионная накачка ионов Рг3+ в кристаллах 1лУР4 и 1лЬиР4
4.3.1. Перспективы использования Рг3+-содержащих кристаллов в качестве
УФ активных сред
4.3.2. Спектроскопия ионов Рг3+ в кристаллах ЫУР4 и ЫЬиР4, ориентированная
на апконверсионную накачку его 4/3<7-состояний
4.3.3. Схемы апконверсионной накачки 4/5-состояний ионов Рг3+ в кристаллах ЫУР4 и ЫЬиР4
4.3.4. Спектроскопия поглощения из возбужденных состояний ионов Рг3+ в кристаллах 1лУР4 и ЫЬир4
4.3.5. Исследование возможности усиления УФ излучения на межконфигурационных 4f5d-4/ переходах ионов Рг3+ в кристаллах
УУр4 и ЫЬиР4 («ршир-ргоЬе» эксперименты)
4.3.5.1. Методика экспериментов
4.3.5.2. Результаты исследования кристаллов ЫУр4:Рг3+
4.3.5.3. Результаты исследования кристаллов 1лЬиР4:Рг3+
4.4. Апконверсионная накачка ионов Се3+ в кристаллах ЫУр4 и ЫЬиГм
ГЛАВА 5. АКТИВНАЯ СРЕДА ВАКУУМНО-УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ДИАПАЗОНА НА ОСНОВЕ КРИСТАЛЛА ЬаР3:Ш3+

активированных кристаллов под действием излучения накачки наиболее сильно проявляется, именно, при попытках возбудить вынужденное излучение в УФ и ВУФ областях спектра. Впервые модель, индуцированных интенсивным УФ излучением накачки ДП в активированных кристаллах, объясняющая образование центров окраски (ЦО) в образцах под действием излучения с длиной волны, резонансному одному из переходов из основного состояния примесного иона, бьша предложена В.А. Архангельской [94] и D.S.Hamilton с соавторами [85,86]. Несмотря на то, что эта модель первоначально была построена для кристаллов флюорита, активированных ионами трехвалентного церия, она оказалась универсальной и полностью применимой к другим РЗИ и в других кристаллических матрицах и является в настоящий момент общепринятой [68,92,95-97,А14].
Схематично процесс образования ЦО в активированных РЗИ материалах под действием интенсивного УФ или ВУФ излучения изображен на рис.1.9. Принципиальным является то обстоятельство, что соляризация активированных кристаллов УФ излучением происходит только в случае воздействия на них квантами, резонансными одному из 4f-5d переходов из основного состояния ионов Се3+. В противном случае, при облучении образцов вне полос 4f-5d поглощения активаторных ионов, никакого образования ЦО не происходит [68,85-87,92,95,96]. Как видно из рисунка, соляризация кристаллов обусловлена двухступенчатой (через
промежуточное возбужденное 4f~
'5d- состояние) фотоионизацией примесного иона и его
восстановлением путем
заимствования электрона из
Vk - центры hvpump ' hvi„s s F- центры
S®—*е- Re3* (Ce3+) Валентная зона
валентной зоны,
Рис. 1.9 Упрощенная схема соляризации активированных кристаллов под действием интенсивного УФ или ВУФ излучения (на примере ионов Се3+ в широкозонных диэлектрических кристаллах)
1 о достаточно высокой вероятности такого процесса упоминается, например, в [98] и подтверждается результатами работ [97,А14,101-103], в которых образующиеся под действием УФ излучения накачки центры окраски идентифицируются как электронного, так и дырочного типов.