Люминесценция керамик и монокристаллов Y3Al5O12, активированных Yb3+, при возбуждении ВУФ синхротронным излучением

• Автор: Чугунова, Марина Михайловна
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 113 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Необходимость быстрых сцинтилляторов в науке и медицине

1.2 Переходы с переносом заряда

1.2Л Поглощение с переносом заряда

1.2.2 Состояние с переносом заряда для Yb3"1 активатора

1.2.3 Люминесценция с переносом заряда в различных кристаллах

1.3 Иттрий-алюминиевый гранат (YAG)

1.3.1 Кристаллическая и электронная структура YAG

1.3.2 Собственная люминесценция YAG

1.3.3 Керамики YAG
1.4 Методы получения керамик
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТОВ
2.1 Образцы
2.2 Описание экспериментальной установки
2.3 Методика обработки полученных спектров
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ И КЕРАМИК YAG
3.1 Люминесценция с переносом заряда
3.1.1 Общие характеристики при низкой температуре
3.1.2 Изменения спектров при 100 К и комнатной температуре
3.1.3 Температурные зависимости и кривые ТСЛ
3.1.4 Концентрационные зависимости
3.2 Собственная люминесценция
3.3 ИК люминесценция
3.4 Другие особенности керамик по сравнению с монокристаллами
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
В поисках новых эффективных и экономичных оптических материалов внимание ученых привлекли прозрачные керамики - искусственно созданные поликристаллические образцы с высокой плотностью упаковки кристаллитов. Интерес к ним вызван следующими основными преимуществами керамик перед монокристаллами: более высокая
однородность распределения активатора, быстрота и сравнительная простота изготовления образцов любой необходимой формы и размера, а также повышенная прочность и термоустойчивость керамик по сравнению с монокристаллами. Существует множество методов получения керамик, и даже при одинаковом химическом составе свойства керамических материалов могут сильно различаться в зависимости от исходных материалов, методов и параметров технологии, структуры и фазового состава спечённых материалов, промежуточных методов обработки и качества поверхности.
Ранние работы, посвященные изучению прозрачных керамик, относятся ещё к концу прошлого века, однако в последнее время интерес к ним возродился в связи с разработкой новых методов получения высококачественных керамик. Данная диссертация является частью экспериментальных исследований, направленных на изучение прозрачных керамик нового поколения, и основана на исследовании люминесцентных свойств прозрачных керамик Y3AI5O12 (YAG), активированных Yb’, изготовленных японской компанией Konoshima Chemical Co., Ltd методом вакуумного спекания и нанокристаллической технологии (VSN методом).
Прозрачные керамики в настоящее время широко используются в качестве лазерных материалов. Излучение в YAG:Yb лазерах генерируется в инфракрасном диапазоне при переходе между f-f уровнями Yb.
Люминесценция в видимой области для таких керамик ранее не исследовалась. При этом известно, что в активированных Yb3+ монокристаллах YAG при соответствующих условиях наблюдается интенсивная люминесценция с переносом заряда (ЛПЗ), обусловленная разрешёнными переходами из состояния с переносом заряда на основные уровни активатора. ЛПЗ является наименее изученным типом люминесценции, и даже для монокристаллов до настоящего момента нет окончательного понимания её механизма. Исследование этого вида люминесценции в прозрачных керамиках и сравнение результатов с характеристиками монокристаллов аналогичного состава, которым посвящена данная диссертационная работа, позволит более подробно изучить процесс ЛПЗ и даст дополнительную информацию о внутренней структуре исследуемых керамик нового поколения.
Цели и задачи исследования.
Целью данной работы явилось исследование оптических и люминесцентных свойств чистых и активированных Yb3+ прозрачных керамик иттрий-алюминиевого граната (YAG и YAG:Yb) нового поколения и сравнение их характеристик с соответствующими характеристиками монокристаллов аналогичного состава. Среди основных задач необходимо выделить следующие:
• Получение экспериментальных данных по люминесценции с переносом заряда (ЛПЗ), а также инфракрасной (ИК) люминесценции прозрачных керамик YAG:Yb в широком диапазоне энергий возбуждения и широком диапазоне температур.
• Сравнение полученных данных со спектрами монокристаллов аналогичного состава.
• Получение экспериментальных данных по собственной люминесценции керамик YAG и анализ её возможного влияния на ЛПЗ исследуемых образцов.

увеличивается за счет необычного процесса передачи, когда свободные носители перемещаются преимущественно по границам. Такие значительные изменения механизма переноса энергии должны отражаться и на
собственном излучении матрицы.
Высокоэнергетическим (гамма или оптическим) возбуждением в монокристалле YAG генерируется широкая полоса, простирающаяся
примерно на 100 нм в обе стороны от её центра на 310 нм (рис. 1.3.10). Было
обнаружено, что в мелкозернистой керамике этот пик собственной люминесценции сдвинут в красную область и расположен на 390 нм. В крупнозернистой керамике излучение присутствует как на 310, так и на 380 нм. Похожее излучение было обнаружено в порошке YAG:Ce [60-61].
Собственная люминесценция монокристалла на 310 нм обусловлена рекомбинацией
экситона, захваченного на дефекте или примесном центре в периодической решетке (рис.1.3.11). Он может быть образован ионизирующим излучением,
создающим подвижные электроны и дырки. Дырки быстро
захватываются на дефектах, а электроны могут мигрировать на некоторое расстояние, пока не израсходуют свою изначальную кинетическую энергию. В конечном дырку, релаксируют в связанное экситонное состояние и аннигилируют с испусканием фотона.
Что касается люминесценции, присущей керамике (380 нм), то она
возбуждается фотонами с энергией, меньшей энергии оптического

—__Гф OB О Д11МОСТИ==— ■
Рис.1.3.11. Схема энергетических уровней, иллюстрирующая возбуждение собственной люминесценции в монокристаллах (слева) и керамиках (справа).
счете, они встречают захваченную