Фотодинамические процессы в кристаллах LiCaAlF6,LiYxLu1-xF4 и SrAlF5, активированных ионами Ce3+

• Автор: Павлов, Виталий Вячеславович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 153 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА Е ФОТО ДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В КРИСТАЛЛАХ, АКТИВИРОВАННЫХ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ ИОНАМИ (ОБЗОР)
1.1. Электронные переходы в активированных диэлектрических кристаллах
1.2. Влияние фотодинамических процессов на лазерную генерацию твердотельных активных сред лазеров УФ диапазона, функционирующих на межконфигурационных переходах ионов Се3+
1.3. Оптические методы исследования фотоионизации примесных ионов
1.4. Исследование фотоионизации примесных ионов методами диэлектрической спектроскопии
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗУЕМОГО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
2.1. Кристаллохимические свойства объектов исследования
2.1.1. Кристалл ЫСаАШб, активированный ионами Се3+
2.1.2. Кристаллы ЫЕиЕ4, ЫУГ4 и их твердый раствор ЫУо^Еио^Е.!, активированные ионами Се3+ и УЬ3+
Д.1.3. Кристаллы БгА1Г5, активированные ионами Се3+ и УЬ3+
2.1.4. Кристалл У3А150]2, активированный ионами Се3+
2.2. Особенности реализации методов оптической и диэлектрической спектроскопии
- 2.2.1. Особенности регистрации спектров поглощения и люминесценции
- 2.2.2. Особенности регистрации кинетики люминесценции
2.2.3. Особенности регистрации нелинейного поглощение излучения возбуждения
2.2.4. Установка по исследованию фотодинамических процессов в активированных кристаллах с использование резонансного СВЧ метода.
2.2.5. Традиционный метод измерения фотопроводимости с помощью накладных электродов
ГЛАВА 3. АПРОБАЦИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ СВЧ УСТАНОВКИ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ АКТИВИРОВАННЫХ КРИСТАЛЛОВ И ОСОБЕННОСТИ ФОТОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В КРИСТАЛЛАХ У3А15012:Се3+
3.1. Спектроскопические свойства ионов Се3+ в кристалле У3А15012:Се3+...„.
3.2. Апробирование экспериментальной СВЧ установки при исследовании фотодинамических процессов в кристалле У3А15012:Се3+
ГЛАВА 4. СПЕКТРАЛЬНЫЕ И КИНЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФОТОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ВО ФТОРИДНЫХ КРИСТАЛЛАХ, АКТИВИРОВАННЫХ ИОНАМИ Се3+
4.1. Кристалл ЫСаА1Еб, активированный ионами Се3~
4.1.1. Спектроскопические свойства ионов Се3+
4.1.2. Исследование спектра фотоионизации ионов Се3+ резонансным СВЧ методом
4.2. Кристаллы ЫЕиЕ4, 1лУТ4 и их твердый раствор 1лУ0,51^0^4, активированные ионами Се3+ и УЪ3+
4.2.1. Спектроскопические свойства ионов Се3~ и УЬ3+
4.2.2. Фотохимические свойства кристаллов ЫУ^ЕиДД (х=0; 0,5; 1), активированных ионами Се3+ и УЬ
4.2.3. Исследование фотодинамических процессов резонансным СВЧ методом
4.2.4. Определение спектра фотоионизации ионов Се3+ из анализа кинетики 5ё-4Рлюминесценции
4.3. Кристаллы ЗгАИ^, активированные ионами Се3+ и УЬ3+/2+
4.3.1. Спектроскопические свойства ионов Се3+
4.3.2. Исследование фотодиэлектрического эффекта резонансным СВЧ методом
4.3.3. Определение спектра фотоионизации ионов Се3+ из анализа нелинейного поглощение излучения возбуждения
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования. В настоящее время существует потребность в простых компактных перестраиваемых лазерах ультрафиолетовой (УФ) области спектра, обеспечивающих однородность и малую расходимость пучка УФ излучения в совокупности с заданными временными и энергетическими характеристиками. Данные лазеры востребованы в системах мониторинга окружающей среды, системах безопасности, нано- и микротехнологиях, в инфо-коммуникационных и энергосберегающих отраслях, в биомедицинских приложениях.
При этом широко используемые газовые лазеры и лазеры с нелинейным преобразованием частоты во многом не удовлетворяют требованиям практики. Так, например, излучение эксимерных лазеров, имея высокие энергетические характеристики, не перестраивается в широком диапазоне длин волн и обладает плохими пространственными характеристиками (высокая расходимость и неоднородность пучка) [1]. В свою очередь, лазеры с нелинейным преобразованием частоты являются крайне громоздкими и сложными с эксплуатационной точки зрения [2].
В то же время еще в 1977 году было показано, что одним из возможных путей решения имеющейся проблемы является использование твердотельных УФ лазеров, работающих на разрешенных по четности 4Г'15ё-41п (56-41) переходах редкоземельных ионов, внедренных в широкозонные диэлектрические кристаллы [3]. К сожалению, на сегодняшний день известны лишь несколько твердотельных активных сред, пригодных для практического использования в лазерах УФ диапазона, причем в подавляющем числе случаев при их интенсивной накачке УФ излучением возникают фотодинамические процессы, которые приводят к деградации их оптических и лазерных свойств.
Многочисленные исследования (см., например, [4]) показали, что основной причиной такой деградации является одно- или многоступенчатая фотоионизация

Энергия Энергия
Рисунок 9 - Теоретически рассчитанный экси тонный спектр поглощения по модели Эллиот а-Ванье в случае разрешенных (а) и запрещенных (б) переходов. Пунктиром изображены спектры поглощения без учета экситонных эффектов. Яу* - экситонная постоянная Ридберга [12].
заряда в энергетических зонах матрицы-основы, исследовать спектры поглощения экситонов, спектры фотоионизации примесных центров и центров окраски, а также оценить ширину запрещенной зоны кристалла.
В свою очередь, изменения действительной части диэлектрической проницаемости б/ кристалла в результате воздействия на него внешнего электромагнитного излучения обусловлены изменением поляризуемости всего кристалла [5, 65]. Имеются два механизма, влияющие на поляризуемость кристалла. Первый’связан с переходом примесного иона или центров окраски в возбужденные состояния, в которых их поляризуемость отлична от поляризуемости в основном состоянии. Например, стоит отметить,,, что межконфигурационные 41-56 переходы примесного иона сильнее изменяют поляризуемость кристалла, нежели внутриконфигурационные 41-41 переходы [62]. Второй механизм связан с фотоионизацией примесного иона и деструкцией центров окраски. Поэтому изменение действительной части диэлектрической проницаемости также будет содержать в себе определенную информацию о фотопроводимости кристалла. В полупроводниках фотодиэлектрический эффект наблюдается даже при сравнительно слабых интенсивностях излучения за счёт оптического возбуждения или оптической перезарядки примесных атомов. При