Спектроскопические, фотохимические и лазерные характеристики флюоритоподобных кристаллов, активированных ионами Ce3+

• Автор: Марисов, Михаил Александрович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 133 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ СОЗДАНИЯ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ АКТИВНЫХ СРЕД УФ ДИАПАЗОНА С ИСПОЛЬЗВАНИЕМ В КАЧЕСТВЕ РАБОЧИХ

МЕЖКОНФИГУРАЦИОННЫЕ ПЕРЕХОДЫ РЗИ

1.1 Межконфигурационные переходы РЗИ в качестве лазерных переходов

1.2 Особенности использования межконфигурационных переходов РЗИ. Обоснование выбора иона Се3+

1.3 Фотодинамические процессы в активных средах УФ диапазона

1.3.1 Модель фотодинамических процессов в активной среде в условиях интенсивной

УФ накачки

1.3.2. Метод соактивации

ГЛАВА 2 ОСОБЕННОСТИ ТЕХНИКИ ЭКСПЕРИМЕНТОВ ПО ВЫРАЩИВАНИЮ КРИСТАЛЛОВ И ИССЛЕДОВАНИЮ ИХ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

2.1 Выращивание кристаллов

2.1.1 Особенности приготовления серии образцов
2.2 Техника проведения спектроскопических, лазерно-спектроскопических исследований и экспериментов, направленных на изучение эффекта лазерной генерации
2.2.1 Техника спектрально-кинетических исследований
2.2.2 Техника “ритр-ргоЬе” экспериментов
ГЛАВА 3 ФОТОХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦЕРИЙ-АКТИВИРОВАПНЫХ ФЛЮОРИТОПОДОБНЫХ КРИСТАЛЛОВ
3.1 Исследование кристаллов СаГ
3.1.1 Кристаллическая структура и особенности активации кристаллов флюорита трехвалентными редкоземельными ионами
3.1.2 Спектроскопические и фотохимические характеристики кристаллов флюорита, активированных ионами Се3+
3.2 Исследование кристаллов КУзБы
3.2.1 Кристаллическая структура и особенности активации
3.2.2 Спектроскопические и фотохимические характеристики кристаллов КУзБы, активированных ионами Се3+
3.2.3 ОКГ на основе кристаллов КУГ:Се+УЬ
3.3 Исследование кристаллов двойных фторидов ЫМеБт
3.3.1 Кристаллическая структура и особенности активации
3.3.2 Спектрально-кинетические характеристики кристаллов ЫМеБт (Ме = У, Ей), активированных ионами Се3+
3.3.3 Твердые растворы ЫУ1.хЬихГ
3.3.4 Определение коэффициента распределения ионов церивой подгруппы (на примере ионов Ш3+) в кристаллах ЫЬихУкДч
3.3.5 Свойства кристаллов 1лЕихУ].хГ4:Сс3+ и ЫЬиЕ4:Се3++УЬ3+ при возбуждении УФ излучением :
3.3.6 Сравнительгные характеристики активных сред на основе кристаллов ТлТихУ]-хр4:Се3+ и ЫГир4:Се3++УЬ3+ в режиме лазерной генерации
ГЛАВА 4 НОВАЯ АКТИВНАЯ СРЕДА УФ ДИАПАЗОНА НА ОСНОВЕ КРИСТАЛЛА
ВаУ2Г8:Се3+
4.1. Кристаллическая структура и особенности активации кристаллов ВУГ
4.2 Спектроскопические и лазерные характеристики кристаллов ВаУ2Е8:Се3+
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ АВТОРА
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Потребность в технически простых способах получения перестраиваемого по частоте лазерного излучения в ультрафиолетовом (УФ) диапазоне спектра год от года возрастает. При этом для большинства приложений важно, чтобы эти способы обеспечивали возможность широкого варьирования энергетических, спектральных, временных и пространственных характеристик излучения таких лазеров.
В настоящее время для получения лазерного излучения в УФ области спектра используют либо технику нелинейного преобразования частоты лазеров других спектральных диапазонов, либо используются газовые лазеры, которые излучают только на фиксированных длинах волн. При этом, хотя УФ газовые лазеры и обладают высокими энергетическими характеристиками, однако пространственные характеристики генерируемого ими излучения (в первую очередь, расходимость и когерентность пучка по поперечному сечениию) в совокупности с невозможностью существенной перестройки частоты излучения ограничивают сферу их использования в технологических процессах [1]. Лазерные системы, использующие технику нелинейного преобразования частоты излучения серийных перестраиваемых лазеров видимого и инфракрасного (ИК) диапазонов, по энергетическим характеристикам излучения, конечно, значительно уступают эксимерным лазерам, но при этом удается обеспечить лучшие пространственные характеристики лазерного излучения [2]. Однако такие излучатели оказываются громоздкими, сложными в настройке и требуют для своей эксплуатации высококвалифицированный персонал. Кроме того, технически сложным и дорогостоящим оказывается обеспечение долговременной стабильности их выходных (спектральных и энергетических) характеристик, а также невозможным, без кардинальной перестройки всей архитектуры лазерной системы, наращивание выходной мощности генерируемого излучения.
Альтернативным путем получения когерентного УФ излучения было бы создание перестраиваемых по частоте твердотельных лазерных источников,

генерирующих излучение непосредственно в УФ области. Твердотельные лазерные системЫгУФ диапазона наряду с эксплуатационными преимуществами кристаллической активной среды совмещали бы в себе компактность, простоту технической реализации, сочетающейся с возможностью масштабирования энергетических характеристик, управления временными, пространственными и спектральными характеристиками генерируемого ими излучения.
Предпосылки создания твердотельных лазеров УФ диапазона были заложены в работах Elias. [3], и Yang и DeLuca [4]. Ими в 1977 г. было предложено использовать межконфигурационные переходы редкоземельных ионов (РЗИ) в широкозонных диэлекирических кристаллах для. генерирования УФ лазерного излучения. Однако при накачке кристаллов активированных РЗИ, в области полос 4f-5d поглощения индуцируются так называемые фотодинамические процессы, которые оказываются причиной деградации оптических свойств кристаллов и зачастую исключают возможность получения на них вынужденного излучения [5].
Исследования, направленные на изучение процессов происходящих в кристаллической активной среде, под воздействием интенсивного УФ излучения накачки, а также разработка методов управления этими процессами являются на сегодняшний день одними из наиболее актуальных проблем одновременно нескольких областей науки: физики твердого тела, оптической и лазерной спектроскопии, физики твердотельных лазеров, кристаллофизики и кристаллохимии. Одной из сторон этой проблемы является также создание кристаллических материалов с прогнозируемыми (управляемыми) свойствами. Актуальность данного диссертационного исследования соответствует приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники в Российской Федерации (РФ) [6], а разрабатываемые технологии попадают под класс технологий, признанных в РФ критическими [7].
Целью работы является- исследование возможностей кристаллохимических методик воздействия на спектрально-кинетические, фотохимические, усилительные и лазерные характеристики активированных ионами Се3+ флюоритоподобных фторидных кристаллов, направленных на

В качестве источника излучения (1) со сплошным спектром использовались лампа ДВС-25 для УФ области и КГМ-100 для видимой и ИК областей спектра. Излучение лампы пропускалось через исследуемый образец (4). Коллимация излучения осуществлялась с помощью системы линз (2). Для регистрации спектров поглощения кристаллов, обладающих анизотропией оптических свойств (ЬПыхДЦДД) освещение образцов осуществлялось поляризованным светом. Для создания линейно поляризованного светового пучка использовался поляризатор - призма Глана-Тейлора (3). Спектральный состав излучения, прошедшего через образец регистрировался при помощи монохроматора (6) МДР-23. Спектральное разрешение монохроматора выбиралось в соответствии с целями экспериментов, и составляла от 0.1 нм до 2 нм. Интенсивность излучения в выделенном монохроматором спектральном интервале регистрировалась с помощью ФЭУ-71 (7) в УФ области спектра и ФЭУ-87 в видимом и ИК-диапазонах. Для повышения отношения сигнал-шум в зарегистрированных спектрах использовалась техника модуляционной спектроскопии. Для этого световой поток модулировался с помощью механического обтюратора (5), а сигнал с фотоприемника усиливался узкополосным усилителем В6-4 с полосой пропускания 0.5 ГЦ и центральной частотой, равной частоте модуляции. Преобразование аналогового сигнала в цифровой код и детектирование осуществлялось с помощью АЦП, встроенного в компьютер (8).
2.2.1.2. Экспериментальная техника исследования спектров люминесценции
Для регистрации спектров люминесценции использовалась установка, блок-схема которой представлена на рисунке 10.