Спектрально-люминесцентные свойства монокристаллов и керамики CaF2:Tm, CaF2:Ho и их применение в лазерной физике

• Автор: Ляпин, Андрей Александрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Саранск
• Количество страниц: 142 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

ЕЕ Кристаллографическая структура, типы оптических центров редкоземельных ионов, механические и тепловые свойства монокристаллов Ся¥2, активированных редкоземельными ионами

Е1. Е Особенности кристаллографической структуры монокристалла

СаР2:ЯЕ
1.1.2 Типы оптических центров редкоземельных ионов в монокристаллах СаБі, активированных редкоземельными ионами

Е1.3 Механические и тепловые свойства монокристаллов СаБг и СаЕт-'ЯЕ

1.2. Способы получения, структура и физические свойства керамики СаР2 иСаР2:ЯЕ

1.2Л. Способы получения керамики СаБ2 и СаР2:ЯЕ

Е2.2.Структура прозрачной керамики СаР2 и СаР2:ЯЕ

1.2.3. Механические и тепловые свойства керамики СаР2 и СаРдКЕ
1.3. Спектрально-люминесцентные свойства монокристаллов и керамики СаР2:ЯЕ
1.4 Исследование антистоксовой люминесценции ионов Но3+ в монокристаллах СаР2:Но
1.5. Генерационные свойства монокристаллов и керамики СаР2:ЯЕ
ГЛАВА 2. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ И КЕРАМИКИ СаР2, СаР2:Тт, СаР2:Но, ИХ МЕХАНИЧЕСКИЕ, ТЕПЛОВЫЕ И ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОПИСАНИЕ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Способы получения монокристаллов и керамики СаР2, СаР2:Тт, СаР2:Но. Характеристики образцов для исследования и результаты элементного количественного анализа
2.2 Структура и морфология поверхности керамики СаР2:Тш и СаР2:Но
2.3 Механические характеристики монокристаллов и керамики СаР2, СаГ2:Тт, СаР2:Но
2.4 Тепловые характеристики (коэффициент термического расширения, теплоемкость) монокристаллов и керамики СаР2:Тт
2.5 Оптические константы монокристаллов и керамики СаР2, СаР2:Тт, СаР2:Но
2.6 Описание установок и методик для регистрации спектров поглощения

и люминесценции ионов Тт3+ и Но3+ в монокристаллах и керамике СаР2:Тт, СаР2:Но
2.7 Методика исследования кинетик затухания люминесценции
2.8 Методика определения энергетической эффективности преобразования кристаллом СаР2:Но двухмикронного лазерного излучения в излучение видимого диапазона спектра (620-680 нм).
2.9 Описание методики проведения генерационного эксперимента на монокристалле СаР2:Тш
2.10 Описание методики проведения генерационного эксперимента на керамике СаР2:Тт
ГЛАВА 3. СПЕКТРАЛЬНО-ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ, КИНЕТИЧЕСКИЕ И ГЕНЕРАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА МОНОКРИСТАЛЛОВ И КЕРАМИКИ
СаР2:Тт
3.1 Спектроскопические характеристики монокристаллов и керамики СаР2:Тш
3.2 Люминесцентные свойства монокристаллов и керамики СаР2:Тт
3.3 Кинетики затухания люминесценции с уровней 3Н4, Зр4 ионов Тт3 в монокристаллах и керамики СаР2:Тт
3.4 Генерационные характеристики монокристаллов СаР2:Тт
3.5 Генерационные характеристики керамики СаР2:Тт
ГЛАВА 4. АНТИСТОКСОВАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ ИОНОВ Н03+ В МОНОКРИСТАЛЛАХ И КЕРАМИКЕ СаР2:Но ПРИ ВОЗБУЖДЕНИИ ДВУХМИКРОННЫМ ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ НА УРОВЕНЬ 517 ИОНОВ Но3+
4.1 Антистоксовая люминесценция ионов Но3+ в монокристаллах и керамике СаЕ2:Но при возбуждении двухмикронным лазерным излучением на уровень % ионов Но3+
4.2 Исследование механизмов, обеспечивающих возникновение антистоксовой люминесценция ионов Но3+ в монокристаллах и керамике СаР2:Но при возбуждении двухмикронным лазерным излучением на уровень 5Ь ионов Но3+
4.3 Оценка энергетической эффективности преобразования монокристаллом и керамикой СаР2:Но двухмикронного лазерного излучения в излучение видимого диапазона спектра 620-680 нм..
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список цитированной литературы
ВВЕДЕНИЕ
Исследования монокристаллов СаБ?, активированных
редкоземельными (РЗ) ионами, активно проводятся с начала 60-х годов прошлого века, когда был начат интенсивный поиск активных сред для твердотельных лазеров. Следствием этого является то, что результаты исследования спектрально-люминесцентных и генерационных характеристик кристаллов СаБт с РЗ-ионами широко представлены в оригинальных научных статьях, обзорах и монографиях [1-4].
Для фторидных материалов (МР2, где М=Са, Бг, Ва, Сб) с решеткой типа флюорита характерны следующие особенности: прозрачность в
широкой спектральной области спектра от 0.16 до 11 мкм, высокая теплопроводность, низкая энергия фонона, легкость введения в состав фторидов значительной (вплоть до 1021 см'3) концентрации активных редкоземельных ионов, неравновероятное распределение примесных РЗ-ионов и склонность ионов активаторов к образованию кластеров при определенных значениях их концентрации [2].
В самом начале лазерной эры, интерес исследователей привлекли не только монокристаллы СаБ2, активированные РЗ-ионами, но и фторидная керамика с РЗ-ионами. Первые эксперименты по получению лазерной генерации на керамике СаР2:1)у2 ' были предприняты в середине 1960-х годов [5, 6]. Однако, имеющаяся в то время технология получения керамики, не позволяла получать образцы, удовлетворяющие требованиям по однородности, которая является важной характеристикой оптических и лазерных материалов.
Следует заметить, что в настоящее время достигнут значительный прогресс в получении прозрачной оптической лазерной керамики. Разработка технологии получения оксидной лазерной керамики на основе алюмоиттриевого граната и оксида иттрия, по своим спектральнолюминесцентным и генерационным характеристикам не уступающей

1.3. Спектрально-люминесцентные свойства монокристаллов и керамики СаР2:11Е
На протяжении нескольких десятилетий интенсивно изучаются спектрально-люминесцентные свойства фторидных материалов, активированных редкоземельными элементами. В первую очередь это связано с широким применением фторидных материалов в лазерной технике в качестве активных и пассивных элементов. В научной литературе имеется множество публикаций, посвященных исследованию спектральнолюминесцентных свойств кристаллов и керамики СаР2, активированных РЗ ионами [1-4, 19, 15, 20, 55,56, 63].
Спектры пропускания монокристалла и образцов керамики СаР2 были исследованы в [56]. В инфракрасном диапазоне спектра пропускание керамик и монокристалла практически идентично. Однако в УФ-диапазоне разница в спектрах пропускания оказывается существенной (рисунок 1.9).

Рисунок 1.9 - Спектры пропускания монокристалла и оптической керамики СаР2 в УФ и ИК-диапазонах [56]
1 ■ керамика 1 -СМ (8 8 мм)
2 • керамика 4-СМ (8 8 мм)
3 • монокристалл (8 3 мм)
2000 1000 1000 1
Волновое ЧИСЛО см'
Авторы работы [15] исследовали возможность использования многоцентровых фторидных кристаллов СаР2 и БгР2, активированных ионами