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

• Автор: Большакова, Евгения Владимировна
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Саранск
• Количество страниц: 139 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Характеристики Т-Т переходов редкоземельных ионов в кристаллах. Определение сверхчувствительных переходов

1.2 Описание механизмов сверхчувствительности

1.3 Особенности кристаллографической структуры граната

ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ И МЕТОДЫ СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

2.1 Характеристика объектов исследования

2.2 Экспериментальные методики проведения спектроскопических измерений

2.3 Описание метода Джадда-Офельта

ГЛАВА 3. ИНТЕНСИВНОСТИ СВЕРХЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ПЕРЕХОДОВ

РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ИОНОВ В КРИСТАЛЛАХ СО СТРУКТУРОЙ ГРАНАТА
3.1 Силы осцилляторов и параметры интенсивности кристаллов со структурой граната, активированных ионами Ш3+ (УзАДОий, (ОйУ)з(Бс2А1з)012:Нс1, ОсЫБсгАЬРшШ, ОсЬОа5012:Ш, (СМСа)3(Оа2г)5012:Ш, Саз(0е0а)3012:Ш,
СазСЧЬОаДОШ)
3.2 Силы осцилляторов и параметры интенсивности кристаллов со структурой граната, активированных ионами Ег3+ (У3А15012:Ег, СсЬСБсМДОЕг, ОёзОа50,2:Ег, СазСМЬСаДОп.Ег)
3.3 Силы осцилляторов и параметры интенсивности кристаллов со структурой граната, активированных ионами Тт3+ (УзАДОпЛт, Сйз0а3012:Тт, Саз(МЬ0а)3012:Тт)78
3.4 Силы осцилляторов и параметры интенсивности кристаллов со структурой граната, активированных ионами Но3+ (УзАДСДНо, Саз(№)Оа)3012:Но)
3.5 Силы осцилляторов и параметры интенсивности кристаллов со структурой граната, активированных ионами Бу (УзАДОпЕу, СйзвазОпБу, Саз(МЬСа)3012:Оу),
3.6 Обсуждение механизма сверхчувствительности переходов РЗ ионов в кристаллах со структурой граната
ГЛАВА 4. ВЕРОЯТНОСТИ ИЗЛУЧАТЕЛЬНЫХ И БЕЗЫЗЛУЧАТЕЛЬНЫХ ПЕРЕХОДОВ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ИОНОВ (Ш3+, Е13+, Тгп3+, Но3+, Бу3 В КРИСТАЛЛАХ СО СТРУКТУРОЙ ГРАНАТА

4.1 Анализ вероятностей излучательных переходов и коэффициентов ветвления люминесценции с уровня 4Рз/2 на уровни 41: ионов Ш3+ в кристаллах со структурой граната (УзАЬОЩ (СёУЫБсгАЩОЩ СёзСЗсгАОи'.Ш, ОсЬОазОШ,
(Ос1Са)з(Са2г)5Оі2:Кс1, Саз(СеСа)5Оі2:Щ Саз(МЮа)50і2:Ш)
4.2 Анализ вероятностей излучательных переходов 4ііз/2—>4іі5/2, 4Іп/2—>4іі5/2, 4іц/2—*-4ііз/2 ионов Еґ+ в кристаллах со структурой граната (УзАЬОЕг, Ос1з(8сАІ)5Оі2:Ег, Оа3Са5Оі2:Ег, Саз(№>Оа)5Оі2:Ег)
4.3 Вероятности излучательных переходов ионов Тт3+ в кристаллах со структурой граната (УзАЬОп'.Тт, 0ёзСа5012:Тт, Саз(КЬОа)5Оі2:Тт)
4.4 Вероятности излучательных переходов ионов Но3+ в кристаллах со структурой граната (УзАЬОНо, Саз(МЬОа)50і2:Но)
4.5 Вероятности излучательных переходов ионов Оу3+ в кристаллах со структурой граната (УзАЬОыЮу, вёзвазООу, СаэСМЬОаОпЮу)
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение 1 Приложение 2 Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Кристаллы со структурой граната, активированные редкоземельными (РЗ) ионами, широко применяются в качестве активных сред лазеров ближнего ИК диапазона длин волн. Широкое применение кристаллов со структурой граната в лазерной физике обусловлено тем, что они выгодно отличаются от многих других классов лазерных материалов изотропией свойств, высокой механической прочностью и теплопроводностью, а также хорошей оптической однородностью.
К настоящему времени проведено значительное количество исследований по изучению спектроскопических и структурных свойств кристаллов со структурой граната, активированных РЗ ионами. Результаты этих исследований представлены в многочисленных оригинальных статьях и значительном количестве научных обзоров [например, 1-7]. Они имеют важное значение для выбора оптимальной активной среды при получении эффективной лазерной генерации.
Среди лазерных кристаллов гранатов самое широкое практическое применение нашел иттрий-алюминиевый гранат, активированный ионами неодима (УзАЬОпб). Генерацию в УзАОпб получают на переходе 4Рз/2~>41ц/2 ионов Ш3+ с длиной волны Х=1.06 мкм. На основе этого кристалла создано большое число импульсных и непрерывных лазеров для использования в промышленных технологиях, целях связи, геодезии, медицине и в научных исследованиях. Недостатком иттрий-алюминиевого граната является низкий коэффициент вхождения ионов Ш3+, что затрудняет получение кристаллов УзАЬОШ больших размеров с равномерным распределением неодима. Кроме того, кристалл обладает недостаточно высокой поглощательной способностью, так как при увеличении концентрации ионов Ис13+ свыше 1 ат.% проявляется эффект концентрационного тушения люминесценции.

растровому электронному микроскопу QUANTA 200 I 3D. Ошибки в определении концентрации не превышали 10 %.
Химические формулы кристаллов гранатов и значения концентраций ионов активаторов представлены в таблице 2.1.1.
Таблица 2.1.1 Концентрации ионов активаторов в исследованных кристаллах
Химическая формула Концентрация P3 ионов, см'3 Концентрация P3 ионов, ат.%
Y3AbOi2Nd 1.3*1020
(GdY)3(Sc2Al3)012:Nd 3.0*102U
Gd3( Sc2 А13)012 :Nd 1.5*102U
Gd3Ga50i2:Nd 3.5*102U
(GdCa)3(GaZr)5012:Nd 2.7*10iU
Ca3(GeGa)50i2:Nd 2.0*102(J
Ca3(NbGa)sOi2:Nd 2.8*102U
Y3Al5OirEr 21 3.2*10
Gd2 Ero.sSci gAl3 30)2 2.4*1021
Gd2.4Ero.5SCl.9Ab 20l2 2.4*1021
Gd2.4Ero.5Sc2.oAb.1O12 2.3*1021
Gd3Ga50,2+0.3% Er203 9.0*10iy
Gd3Ga5Oi2+30% Er 4.4*1021
Gd3GasOi2+40% Er 6.2*1021
Ca3(NbGa)50]2:Er 7.7U020
Y3Al50i2:Tm 1.8*102u
Gd3Ga50i2:Tm 2.5*1021
Ca3(NbGa)50i2:Tm 5.3* 1020
Y3A1sOi2:Ho 3.8*1019
Ca3(NbGa)5Oi2:Ho 8.4*10iy
Y3AbOi2: Dy 5.0*102U
Gd3Ga50i2: Dy 1.7*102U
Ca3(NbGa)50i2: Dy 3.7*10iy
Для осуществления регистрации спектров поглощения из указанных выше кристаллов вырезались плоскопараллельные пластинки. Толщина пластинок выбиралась таким образом, чтобы интенсивность излучения, погло-