Исследование процессов передачи энергии и лазерной генерации в кристаллах гадолиний-галлиевого граната, активированных ионами иттербия и гольмия

• Автор: Беловолов, Андрей Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 198 с. : ил.

ГЛАВА I. АНТИСТОКСОВАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ И ЛАЗЕРНАЯ ГЕНЕРАЦИЯ В КРИСТАЛЛАХ, АКТИВИРОВАННЫХ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ ИОНАМИ. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

§ 1. Механизмы антистоксовой люминесценции в кристаллах,

активированных ионами редкоземельных элементов

1.1. Последовательное поглощение фотонов одним ионом

1.2. Последовательная (ступенчатая) сенсибилизация антистоксовой люминесценции

1.3. Кооперативная (одновременная) сенсибилизация антистоксовой люминесценции

1.4. Кооперативное излучение двух взаимодействующих ионов

1.5. Влияние миграции энергии по донорной подсистеме активаторов на процессы

последовательной и кооперативной сенсибилизации антистоксовой люминесценции

§2. Сенсибилизация антистоксовой люминесценции в лазерных материалах,

активированных ионами УЬ3+ и Но3+

§ 3. Лазерная генерация в активных средах, сенсибилизированных ионами иттербия
в качестве генерирующего иона или иона-донора энергии
3.1. Проблемы оптимизации иттербиевых лазеров
3.2. Обзор экспериментальных результатов по получению генерации в
лазерных материалах, активированных ионами УЬ3+
3.3. Генерация в лазерных материалах, активированных ионами УЬ3+ в качестве доноров энергии для генерирующих ионов
§ 4. Структура кристаллов граната и лазерная генерация в кристаллах ССв,
активированных ионами Но3+
Выводы к главе
ГЛАВА II. ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МИГРАЦИОННО-УСКОРЕННОЙ СЕНСИБИЛИЗАЦИИ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ,
АКТИВИРОВАННЫХ ИОНАМИ УЬ3+ И Но3+
§ 1. Постановка задачи главы II
§ 2. Вывод уравнений модели миграционно-ускоренной сенсибилизации
люминесценции в системе взаимодействующих активаторов УЬ3+ и Но3+
2.1. Процессы сенсибилизации и релаксации энергетических состояний
акцептора, учитываемые в модели системы активаторов УЬ3- Но3+
2.2. Вывод уравнений модели для случая непрерывной среды, активированной ионами УЬ3+ и Но3

2.3. Вывод уравнений модели для случая кристаллической решетки,
активированной ионами УЬ3+ и Но3
§ 3. Уравнения модели активной среды УЬ3+-Но3+ в статическом режиме передачи
энергии и при прыжковом механизме миграции энергии по донорной подсистеме
3.1. Уравнения модели при прыжковом механизме миграции энергии по
донорной подсистеме
3.2. Уравнения модели в статическом режиме передачи энергии
3.3. Уравнения модели для расчета кинетик люминесценции доноров и
акцепторов при возбуждении доноров коротким оптическим импульсом
§ 4. Расчет кинетик люминесценции доноров (УЬ3+) и акцепторов (Но3+) при
возбуждении доноров коротким оптическим импульсом
4.1. Решение уравнений модели в пределе слабой последовательной сенсибилизации
(в первом приближении по процессам последовательной сенсибилизации)
4.2. Решение уравнений модели во втором приближении по процессам последовательной сенсибилизации
§5. Расчет кинетик люминесценции доноров и акцепторов для типичных параметров системы активаторов УЬ3+- Но3+. Разработка методов анализа экспериментальных кинетик люминесценции
5.1. Расчет кинетик люминесценции доноров и акцепторов для типичных параметров системы УЬ3*- Но3+
5.2. Методика исследования процессов сенсибилизации люминесценции в системе активаторов УЬ3+-Но3+
5.3. О возможности определения параметров переноса энергии в системе активаторов УЬ3*-Но3
Выводы к главе II
ГЛАВА III. КРИСТАЛЛЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ
УСТАНОВКА И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
§1. Кристаллы для исследований
§ 2. Установка для исследования спектральных и кинетических характеристик
кристаллов ССС:УЬ3+:Но3
ГЛАВА IV. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕДАЧИ
ЭНЕРГИИ В КРИСТАЛЛАХ ССС:УЬ3+:Но3+
§ 1. Исследование спектральных характеристик кристаллов ССС:УЬ3+:Но3+ и определение собственных постоянных времени жизни возбужденных состояний ионов УЬ3+ и Но3+
1.1. Исследование спектральных характеристик кристаллов ССС: УЬ3+:Но3+
1.2. Определение значений постоянных времени внутрицентрового распада возбужденных состояний ионов УЬ3+ и Но3+ в кристаллах ССС
§2. Исследование процессов донор-донорного и донор-акцепторного переноса
энергии в кристаллах ССС:УЬ3+:Но3+

2.1. Исследование миграционно-ускоренного режима донор-акцепторного переноса энергии на первой ступени последовательной сенсибилизации
ионов Но3* в кристаллах СвС:УЬ3* :Но3*
2.2. Исследование процессов донор-акцепторного переноса энергии на второй ступени последовательной сенсибилизации ионов Но3* в
кристаллах ССС:УЬ3*:Но3*
§3. Перспективы получения лазерной генерации на сенсибилизированных переносом энергии переходах ионов Но3*, при накачке в полосу поглощения ионов УЬ3*
Выводы к главе IV
ГЛАВА V. ЛАЗЕРНАЯ ГЕНЕРАЦИЯ В КРИСТАЛЛАХ ССС:УЬ3+
§ 1. Модель непрерывного одномодового твердотельного лазера
с продольной накачкой
1.1. Основные уравнения модели непрерывного одномодового
твердотельного лазера с продольной накачкой
1.2. Порог непрерывной генерации
1.3. Зависимость мощности генерации от поглощенной мощности накачки и дифференциальная эффективность лазера
1.4. Продольная накачка излучением ТЕМоо моды твердотельного лазера
1.5. Продольная накачка твердотельного лазера инжекционным лазером, сопряженным с многомодовым оптическим волокном
§ 2. Эксперименты по лазерной генерации на переходе 2Е5/2-> 2У-цг ионов УЬ3*
в кристаллах Свв.-УЬ3*
2.1. Непрерывная лазерная генерация на переходе 2Е;/2~+ 2И7/2 ионов УЬ3* в кристаллах ССС;УЬ3* при накачке от титан-сапфирового лазера
2.2. Непрерывная лазерная генерация на переходе 'Р5/2—> 2 Иуд ионов УЬ3* в кристаллах бСС: УЬ3* при накачке от волоконного неодимового лазера
2.3. Оценка параметров лазерной генерации на переходе 2Е5/2—> 2Е7/2 ионов УЬ3* в кристаллах ССО:УЬ3* при диодной накачке
Выводы к главе V
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

^7^ = - ^ + Е^2' Р* (0- 4л1Чп / >^А2 (г) ■ р2 (г, 0 • п2 (г, 0 • г +
Й‘ А2 из

+ 4я1Ч1) - ^АВ4(г)р4(м)(1-п2(м))гМг, (2.7)
гт1п
+ Е■ Р,(0+4^„ • ]У0А1 (г)-р,(г,0-п2(г,()• г2 • с!г
11 1 1АЗ <”4
-4^„ • |УПАЗ (г)- р3 (г, п2 (г, е) • г 2(1г+4лГ«7 • ^АПДг)рДм)(1-п2(м))г^г,
*■»!■ гт1в
(2.8/)
^^ = -^+4л1Чо-]^ВА2(г)р2(г,0-п2(г,е)г^г-

-4я^- ^АС4(г)р4(г,|)(1-п2(г,1))г2йг, (2.9')
*т1п
1^Й = _£^)+4^в. ^ОАЗ(г).рз(г,1) п2(г,0 г^гА5 гш1»

-4я1Ч0- |^А1И(г)р5(г,^-(1 -п2(г, 1))-г2йг, (2.10;)
Гт1п
Р.(1)=1-1р,(0. (2Л)

Для упрощения системы уравнений (2.5), (2.6), (2.13), (2.7/)-(2.11/) будем считать, что приближенно выполняется равенство:
рЛмЬр^О- (2Л4)
Равенство (2.14) означает, что в данной модели пренебрегается неравномерностью населенности состояний акцепторов, обусловленной различным донорным окружением. Подстановку (2.14) следует рассматривать, как первое приближение при решении системы уравнений (2.5), (2.6), (2.13), (2.7/)-(2.11/) методом последовательных приближений. Заметим, что уравнения (2.5), (2.6), (2.13), (2.7)-(2Л1) учитывают только парные донор-акцепторные взаимодействия. С учетом процессов ступенчатой сенсибилизации, акцептор, получавший на первой ступени сенсибилизации квант возбуждения от донора, находящегося на расстоянии г от него, на второй ступени сенсибилизации может взаимодействовать с возбужденным акцептором, находящимся на расстоянии гфг. Кроме того, населенности состояний акцепторов в значительной мере определяются процессами внутрицентровой релаксации, не зависящими от расстояния между акцептором и донором.