Оптическая и магнитооптическая спектроскопия соединений диспрозия и иттербия

• Автор: Сухачев, Александр Леонидович
• Шифр специальности: 01.04.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 90 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Обзор литературы

1.1. Оптическое поглощение и разрешение //" переходов

1.2. Феноменология магнитооптических эффектов

1.3. Микроскопическое рассмотрение эффекта Фарадея и магнитного кругового дихроизма
1.4. Спектроскопические характеристики исследуемых РЗ ионов в различных соединениях

1.4.1 Магнитооптические и оптические свойства ионаОу3+ в стекольных матрицах

1.4.2. Спектроскопические характеристики УЪ3+ в различных

соединениях

ГЛАВА 2. Образцы и методика эксперимента

2.1 Описание образцов
2.2 Методики измерений
ГЛАВА 3. Оу3+ в стекольных матрицах
3.1 Оптическое поглощение и МКД
3.2 Происхождение магнитооптической активности/-/переходов
3.3 Температурные зависимости МОА
ГЛАВА 4. Исследование ионов УЬ3+ в монокристаллах Тт1.хУЬхА13(ВОз)4
4.1 Оптическое поглощение ионов УЪ3+ в монокристаллах Тгщ. х¥ЬхА1з(ВОз)4
4.2 Анализ низкотемпературных спектров оптического поглощения. Расщепление энергетических уровней иона УЬ3+ в кристалле УЬА13(В03)4
4.3 Расчёт спектра излучения и характеристик исследуемого/1/ перехода
4.4 МКД и МОА /У перехода в ионах УЬ3+ в кристалле
УЬолТт0.9А13(ВОз)4
Основные результаты и выводы
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность
Уникальность свойств соединений 4/ редкоземельных (РЗ) элементов привела к тому, что последние несколько десятилетий они находят все новые технические приложения. Стекла и кристаллы, активированные РЗ элементами, широко используются в качестве материалов для оптических квантовых генераторов и усилителей, для магнитооптических затворов, переключателей, рабочих элементов магнитооптических гироскопов и т.д. Поэтому оптические, магнитооптические свойства и люминесценция РЗ ионов в различных матрицах постоянно находятся в центре внимания исследователей. Изучение магнитооптических эффектов, наряду с оптическими спектрами, позволяет глубже проанализировать спектр возбужденных состояний / ионов, механизмы разрешения электронных переходов в ионах, занимающих позиции различной симметрии (в свободных ионах эти переходы запрещены в электро-дипольном приближении), и объяснить природу их магнитооптической активности (МОА). Такие эксперименты создают также предпосылки для поиска новых магнитооптических материалов и методов управления поляризованными спектрами поглощения и люминесценции с помощью магнитного поля. Настоящая работа посвящена исследованию двух ионов с полуцелым магнитным моментом: Бу3+ и УЪ3+, в стекольных матрицах и в кристалле, соответственно.
Спектры поглощения иона Эу3+ в стекольных матрицах исследовались в ряде работ [1-4]. В связи с использованием стекол, активированных РЗ элементами, в магнитооптических устройствах значительное внимание уделялось также эффекту Фарадея (ЭФ) (например, [1]), связанному с разрешёнными /~с1 переходами. Магнитный круговой дихроизм (МКД), наблюдаемый только в пределах полос поглощения (в частности/-/полос), представляет дополнительные возможности изучения вырожденных электронных уровней, расщепляемых кристаллическим полем, а также и

уровней, не разрешаемых в оптических спектрах поглощения. Известны работы, посвященные спектральным зависимостям МКД/1/переходов для Ег3+, Рг3+, Ш3+и Но3+ в различных стеклах. Спектры МКД Иу3+ до начала настоящей работы исследованы не были. В то же время в спектрах эффекта Фарадея фосфатно-силикатно-германатного и алюмо-боро-силико-германатного стекол, содержащих значительные концентрации диспрозия, был обнаружен ряд особенностей в области /-/ переходов Иу3+ [5]. В этих же стеклах с помощью магнитных измерений были выявлены аномалии магнитных свойств, которые объяснялись кластеризацией РЗ ионов с возникновением в кластерах магнитного порядка [5]. Выяснение природы обнаруженных явлений и влияния кластеризации магнитных ионов на магнитооптическую активность материала представляет собой важную физическую задачу, относящуюся к проблеме связи магнитных и оптических свойств конденсированного вещества с локальными взаимодействиями магнитоактивиого иона.
Интерес к боратам со структурой хантита КМ3(В03)4, где Л может быть У или редкоземельным ионом, М - А1, Сг, Оа, Ре, или Бс, постоянно возрастает ввиду их потенциального применения для создания лазеров с самоудвоением частоты (например, [6-9]), миниатюрных лазеров [10], нелинейных оптических кристаллов [10-12]. УЬ3+ в тригональном кристаллическом поле хантита, в частности, УЬхТт1.хА13(ВОз)4 представляет в этом плане значительный интерес. Ион УЪ3+ характеризуется простой структурой энергетических уровней. В его оптическом спектре наблюдается только одна полоса поглощения в ближней инфракрасной области. Включение в кристалл УЪ3+ вместе с другими редкоземельными ионами приводит к возможности процессов переноса энергии, особенно в соединениях с Тт3+ [13]. Близость значений ионных радиусов У3+, Тт3+ и УЬ3+ позволяет выращивать кристаллы высокого качества с различными концентрациями УЬ и Тт, вплоть до стехиометрических составов. Спектры поглощения ионов УЬ3+ в
Измерение эффекта Фарадея производилось также с использованием компенсационной методики. На пути светового луча устанавливаются поляризатор и вращающийся анализатор, расположенные по разные стороны от образца. При включении магнитного поля, вращение анализатора позволяет скомпенсировать поворот плоскости поляризации, обусловленный ЭФ в образце, и измерить величину этого поворота. При измерении ЭФ окна криостата, находясь в том же поле что и образец, дают вклад в результирующую величину вращения. При вращении в образце много меньшем, чем вращение в окнах, это влияние может стать трудноразрешимой проблемой. Наиболее простым способом учета влияния окон на величину эффекта Фарадея является измерение эффекта в отсутствие образца, с последующим учетом этой величины в окончательных результатах. Следует заметить, что МКД в окнах криостата отсутствует во всем исследованном спектральном диапазоне.
Для разложения полученных спектров на гауссовы компоненты вида:
(х-Хс)2
У = Уо+Л-е 2Wc (2.4)
где у о - нулевая линия полосы, А — амплитуда полосы, хе - положение максимума полосы, Wq ~ полуширина гауссова контура, использовалась программа М. Origin v.7.