Фотодинамические процессы и лазерная генерация в кристаллах SrAlF5, соактивированных ионами Ce3+ и Yb3+

• Автор: Юнусова, Азалия Назымовна
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 157 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА, ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ И ОПТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛЕГИРОВАННЫХ КРИСТАЛЛОВ ЯгА^-Лб
1.1. Основные физические свойства и кристаллографическая структура
кристаллов ЭтАП^
1.1.1. Кристаллическая структура без центра инверсии
1.1.2.Кристаллическая структура с центром инверсии
1.2. Спектроскопия дефектов в неактивированных кристаллах ЗгАП^
1.3. Свойства легированных кристаллов 8гА1р
1.3.1.Кристаллы ЭгАШз, активированные двухвалентными редкоземельными ионами
1.3.2. Легирование трехвалентными редкоземельными ионами
1.4. Модель фотодинамических процессов и методы преодоления их отрицательного
влияния на характеристики активированных сред
ГЛАВА 2. ОБРАЗЦЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОСОБЕННОСТИ ТЕХНИКИ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
2.1. Выращивание монокристаллов 8гА1р5, активированных ионами Се3+ и подготовка образцов
2.2. Особенности регистрация спектров поглощения, возбуждения, люминесценции.
2.2.1. Регистрация спектров поглощения
2.2.2. Регистрация спектров люминесценции при возбуждении излучением лазера
2.2.3.Регистрация спектров люминесценции при возбуждении излучением лампы. Спектры возбуждения люминесценции
2.3. Регистрация кинетики люминесценции
2.4. Регистрации фототока, индуцированного лазерным излучением
2.5. Исследование пропускания возбужденных образцов
2.6. Регистрация нелинейного поглощение излучения накачки
ГЛАВА 3. СПЕКТРАЛЬНО-КИНЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИОНОВ Се3+ и УЬ2+/УЬ3+ В ДВАЖДЫ АКТИВИРОВАННЫХ КРИСТАЛЛАХ Се3+,УЬ3+:8гА1Е
3.1. Особенности активации кристаллов вгАШб трехвалентпыми редкоземельными
ионами
3.2. Спектрально-кинетические характеристики 5сГ4Г переходов и структура
энергетических уровней Се3+ и УЬ2+примесных центров, образующихся в кристаллах Се3+,УЬ3+: 8гА1Е

3.2.1. Спектры поглощения
3.2.2.Спектры люминесценции
3.2.3.Измерение квантового выхода кристаллов Се3+:8гА1Б5 и Се3+,УЬ3+:8гА1р5
3.2.4. Спектры возбуждения люминесценции
3.2.5.Кинетика люминесценции
3.3. Спектрально-кинетические характеристики 4Г-4Ґпереходов и Штарковская структура уровней ионов УЬ3+ в кристаллах Се3+,УЪ3+: ЭгАШ;

А. Исследования фотопроводимости в кристаллах Се3 +,Yb3+:SrAlF
ГЛАВА 4. ВЫНУЖДЕННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ И PUMP-PROBE СПЕКТРОСКОПИЯ В ОБЛАСТИ 5d-4f ПЕРЕХОДОВ ИОНОВ Се3+ В КРИСТАЛЛАХ SrAlFs
4.1. Вынужденное излучение в кристаллах Ce3+:SrAlF5 и Ce3+,Yb3+:SrAlF
4.2. Фотодинамические процессы в кристаллах Ce3+:SrAlFs и Ce3+,Yb3+:SrAlFs.
4.2.1. Исследование спектров пропускания возбужденных образцов Ce3+:SrAlF5 и Ce3+,Yb3+:SrAlF5 в области 5d-4f переходов ионов Се3+
4.2.2. Спектры поглощения центров окраски в кристаллах CeJ+:SrAlFs и Ce3+,Yb3+:SrAlF
4.2.3. Кинетические характеристики образования и деструкции центров окраски в кристаллах Ce3+:SrAlF5 и
4.2.4.Характеристики нелинейного поглощения излучения накачки и параметры фотодинамических процессов в кристаллах Ce3+:SrAlF5 и Ce3+,Yb34SrAlFs.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Открытые пять десятилетий назад лазеры превратились в мощнейший инструмент исследований в области физики, химии, биологии и медицины, применяются в промышленности, метрологии, стоят за революционным прогрессом в сфере связи, хранения и обработки данных, производства и обработки материалов и т.д. В настоящее время лазерное излучение может быть получено практически в любом участке спектра — от 3,9 нм и вплоть до микроволнового диапазона [1]. При этом ультрафиолетовый диапазон (УФ) является наименее освоенным. По этой причине поиск новых активных сред УФ лазеров с практически значимыми свойствами остается актуальным. К числу таких свойств относится возможность перестройки частоты лазерной генерации, высокая мощность и качество излучения (пространственные характеристики пучка), простота эксплуатации и низкая стоимость. Все эти требования не удается удовлетворить, используя традиционные способы получения перестраиваемого когерентного УФ излучения с применением нелинейного или параметрического преобразования частот лазеров других диапазонов спектра. Между тем существует принципиальная возможность создания УФ лазеров на основе межконфигурационных 4/1'!5с1-4/ переходов трехвалентных редкоземельных ионов, активированных в широкозонные диэлектрические кристаллы [2, 3]. Построенные на этом принципе лазеры обеспечивают перестройку частоты лазерной генерации и обладают всеми преимуществами, присущими твердотельным лазерам. Несмотря на это, число серийных лазеров, реализующих данный подход, до сих пор крайне мало [4]. Причина заключается в том, что высокая энергия накачки индуцирует в активных средах различные паразитные фотодинамические процессы, которые приводят к

(-5000 см'1) [50]. Среди всех РЗИ3+ церий выделяется тем, что энергия его 4Г511-конфигурации минимальна (Е5Л < 50000 сш'1 для свободного иона [54]). В кристаллах положение состояний смешанной конфигурации церия понижается по шкале энергий. Это означает, что полосы поглощения и люминесценции его 4/"15(4-4/'' (далее 41-56) межконфигурационных переходов локализованы в ближней УФ-области спектра. Спин-орбитальное взаимодействие расщепляет
2 2 3+ 2 2 2
термы “Р и Б иона Се на пары подуровней Р7/2, Р5/2 и ~П5/2, '1)3/2, а
кристаллическое поле, в свою очередь, расщепляет каждый из них на ряд Штарковских компонент. В зависимости от симметрии кристаллического поля в спектрах поглощения ожидается от двух до пяти полос[51]. Переходы между состояниями основной 41-конфигурации и состояниями 5(1-конфигурации, расщепленными кристаллическим полем, обуславливают локализованные в области длин волн 180-350 нм оптические спектры ионов Се3+ в большинстве фторидных кристаллов [55]. Именно поэтому церий-активированные фториды рассматривались как перспективные среды для создания УФ-лазеров, но успех был достигнут в отношении весьма ограниченного числа кристаллических матриц (см., например, обзор [56]).
Впервые возможная перспективность кристалла Се:8АР как активной среды лазера была указана в работе [57] на основании сходства химического состава и ширины запрещенной зоны кристалла 8АР с двумя наиболее эффективными активными средами УФ диапазона спектра — кристаллами Се:1лСаА1Р6 и Се:1лСаА1Р6. В этой же работе впервые были проведены исследования спектров поглощения и люминесценции этого материала. Показано, что кристалл Се:8АР пригоден для накачки излучением четвертой гармоники лазера УАО:№ и ЮР, а благодаря широкой полосе люминесценции перспективен для создания перестраиваемого твердотельного лазера в диапазоне 300-380 нм. Вопрос фотохимической устойчивости кристаллов Се:БАР в условиях интенсивного УФ возбуждения не поднимался. Также не