Лазерная генерация на кристаллах LiYxLu1-xF4:RE (RE=Ce, Yb; x=0..1) с применением принципов управления фотодинамическими процессами

• Автор: Нуртдинова, Лариса Альвертовна
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 192 с. : ил.

Введение

Основные положения, выносимые на защиту

Глава 1 Обзор

1.1 Процессы поглощения из возбужденных состояний РЗИ в активных средах

1.2 Центры окраски в кристаллах 1лУР4 и ЫЬиР

1.3 Лазерная генерация на кристаллах ЫУР4:Се и 1лГиР4:Се

1.4 Ширина запрещенной зоны в кристаллах ЫУР4,1лЬиР

1.5 Модель фотодинамических процессов в активных средах в условиях интенсивного УФ возбуждения
Глава 2 Спектрально-кинетические характеристики смешанных кристаллов 1лУх1л11_хГц активированных ионами Се3+

2.1 Образцы для исследований

2.2 Кристаллохимические характеристики объектов исследования

2.3 Техника эксперимента
2.4 Спектрально-кинетические характеристики кристаллов
2.4.1 Спектры поглощения и люминесценции в кристаллах
2.4.21лУхЬи1_хР4, активированных ионами Се3+
2.4.3 Спектры возбуждения люминесценции в кристаллах 1ЛУхЬи,_хР4, активированных ионами Се3+
2.4.4 Спектры возбуждения и кинетики люминесценции в кристаллах
2.4.5 1лУх1щ1_хР4, активированных ионами Се3+, при синхротронном возбуждении
2.5 Результаты и выводы
Глава 3 Исследования фотодинамических процессов в кристаллах
1лУхГи|_хГ.4:Се при помощи измерений фотопроводимости
3.1 Техника эксперимента
3.1.6 Традиционная методика
3.1.7 Микроволновая методика
3.2 Образцы для исследований
3.3 Результаты измерений фотопроводимости, полученные при помощи традиционной методики
3.3.1 Спектры фотопроводимости кристаллов 1лУхЬи1.хР4:Се при одноступенчатом возбуждении

3.3.2 Спектры фотопроводимости кристаллов LiYxLU|_xF4:Ce при двухступенчатом возбуждении
3.4 Результаты измерений фотопроводимости кристаллов
LiYxLui_xF4:Ce полученные при помощи микроволновой методики при одноступенчатом возбуждении
3.5 Результаты и выводы
Глава 4 Лазерные эксперименты в кристаллах LiYxLu1.xF4:RE
4.1 Образцы для исследований
4.2 Техника эксперимента
4.3 Лазерная генерация в образцах с низкой концентрацией примесных ионов. Учет насыщения поглощения излучения накачки
4.4 Лазерная генерация в образцах с высокой концентрацией примесных ионов
4.4.3 Лазерная генерация на смешанном кристалле LiY0.4Lu0.6F4:Ce,Yb
4.4.4 Получение лазерной генерации на кристаллах LiLuF4:Ce, LiYo.3Luo.7F4:Ce и LiY0.3Lu0.7F4:Ce,Yb
4.4.5 Лазерная генерация на кристалле LiY0.5Luo,5F4:Ce
4.5 Лазерная генерация при охлаждении активного элемента
4.6 Лазерная генерация при подсветке активного элемента лазерным излучением с длиной волны, отличной от длины волны накачки
4.7 Лазерная генерация при изменении частоты следования импульсов накачки
4.8 Результаты и выводы
Заключение
Заключительное слово автора
Условные обозначения
Публикации автора по теме диссертации
Список литературы

Введение
Актуальность темы исследования
Ультрафиолетовые (УФ) лазеры сегодня являются важным инструментом во многих областях науки и техники. Наиболее востребованные применения включают мониторинг окружающей среды (в составе лидаров [1,2]), диагностика процессов горения в двигателях внутреннего сгорания [3], производство полупроводниковых приборов [4], прецизионная обработка материалов [5], оптическая связь [6], (фотолитография [7], а также в медицина (в дерматологии [8], косметологии [9,10], глазной хирургии [11]) и биология [12]. Существует ряд способов получения перестраиваемой лазерной генерации в УФ диапазоне спектра, например, нелинейное преобразование частоты лазеров других диапазонов спектра или использование параметрических генераторов света. Однако использование твердотельных лазеров, которые могли бы напрямую генерировать когерентное излучение в УФ диапазоне, становится заманчивой альтернативой существующим источникам УФ излучения благодаря простоте, долговечности и малым габаритам таких приборов, не говоря уже о возможности наращивать выходную мощность за счет дополнительных каскадов усиления.
Поиск активных сред УФ диапазона спектра на основе оптических переходов примесных ионов в настоящее время ограничивается широкозонными диэлектрическими кристаллами. При активации таких кристаллов вероятность прямой ионизации примесных ионов УФ излучением мала вследствие большой ширины запрещенной зоны кристаллической матрицы (порядка 10 эВ или 80 ООО см"1) и такой локализации энергетических уровней примеси в запрещенной зоне, что энергии кванта УФ накачки недостаточно, чтобы перекрыть энергетический зазор между основным состоянием примеси и дном зоны проводимости. Также проблему стабильности оптических материалов по отношению к УФ излучению решают повышением химической чистоты и уменьшением числа дефектов в лазерных кристаллах. В качестве активаторных ионов для таких сред используют ионы редкоземельного ряда (РЗИ), среди которых наиболее простой схемой энергетических состояний обладает ион Се3+. Лазеры на основе церий-

незначительна (низкая плотность потока фотонов через активную среду), маскируется процессами образования и деструкции ЦО на средних и высоких уровнях накачки. Кроме того, авторы наблюдали сильную температурную зависимость времени жизни различных типов короткоживущих ЦО и установили параметры безызлучательной релаксации для ряда активных сред [51]. Однако авторы не делают никаких предположений ни о характере перехода ПВС, ни о механизмах процессов передачи энергии от ионов Се3+ и обратно, указывая лишь на то, что конечное состояние ПВС должно находиться в зоне проводимости
кристалла.
, • ■ ’•"і ■ • о «
1 1'2 И (-1 о о -
53 О 1.1 и О § о о о -
1 1.0 53 Щ 0> t? о
5 0.9 >> 0.8 ■ А . . t . nJ 1 — 1 *- ■ • о жл+лЛ

зона проводимости

у/‘/ ~ы'/А I

безызлучательный
процесс

0.01 0.1 1.0 10.
частота импульсов 308-нм накачки, Гц

Рисунок 1.7. А - зависимость усиления малого сигнала на 325 нм от частоты следования импульсов 308-нм накачки; В - модель ФДП в кристалле YLF:Ce
Резюме.
Таким образом, в допированных примесными РЗИ активных средах под действием УФ излучения индуцируется наведенное поглощение, связанное, в первую очередь, с процессами поглощения из возбужденных состояний примесных ионов. Время жизни наведенного поглощения представляет комбинацию быстрых и медленных процессов, различается спектральными и поляризационными характеристиками. Кроме того, уменьшение наведенного поглощения даже при небольшом понижении температуры (особенно ярко