Выращивание и исследование новых кристаллов сложных силикатов и германатов, легированных ионами Cr#24+#1, для твердотельных лазеров

• Автор: Субботин, Кирилл Анатольевич
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 189 с. : 12 ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

1. Обзор литературы

1.1. Лазерные кристаллы, активированные ионами Сг4

1.1.1. История создания твердотельных лазеров на ионах 6 Сг4

1.1.2. Свойства ионов Сг4 в твердотельных средах. 8 Спектроскопические и кристаллохимические

аспекты поиска новых матриц для Сг4.

1.1.3. Новые матрицы для твердотельных лазеров на основе иона Сг4

1.2. Монтичеллит

1.2.1. Структура монгичеллита

1.2.2. Фазовая диаграмма

1.2.3. Твердофазный синтез и получение монокристаллов монтичеллита
1.3. аЭвкриптитный ряд
1.3.1. Кристаллическая структура аэвкриптитов
1.3.2. Фазовая диаграмма и получение монокристаллов эвкриптитов
1.4. Выводы из обзора литературы
1.5. Основные цели и задачи работы
2. Использованные методики
2.1. Выращивание кристаллов
2.1.1. Ростовая установка
2.1.2. Реактивы
2.1.3. Приготовление шихты
2.1.4. Ростовые операции
2.1.5. Воспроизводимость результатов ростовых экспериментов
2.2. Обработка монокристаллических образцов
2.3. Исследование кристаллов
2.3.1. Рентгенодиффракционные исследования
2.3.2. Электронная растровая микроскопия и рентгеноспектральный микроанализ
2.3.3. Спектроскопические исследования
3. Выращивание кристаллов методом вертикальной зонной
плавки и исследование их состава
3.1. Монтичеллит
3.2. Эвкриптиты
4. Спектроскопические исследования кристаллов
4.1. Кристаллы монтичеллита
4.2. Эвкриптиты 1лАЮе и
Общие выводы
Заключение
Список литературы


Переходы 'Аз^'Е и 3А2—>’А| являются чисто электронными, ввиду того, что они не сопряжены с изменением электронной конфигурации. Кроме того, оба они запрещены по спину. Поэтому полосы поглощения, отвечающие этим переходам, а также люминесценция, отвечающая обратному переходу 'Е-»3А2 представляют из себя узкие, малоинтенсивные пики [, , ]. Л2<-> Т2, А2—> Р) и А2—> Т|( Р). Рис. Схема орбитального расщепления энергетических уровней иона Сг** кристаллическим полем кислородного тетраэдра различной искаженноети (обычными стрелками показаны разрешенные по симметрии элсктро-липольиые переходы, пунктирными стрелками - частично запрещенные). Т2~>3А2. Этот переход, также как и обратный (с поглощением) в электродипольном приближении запрещен по четности, но сильная искаженность тетраэдрического окружения частично снимает этот запрет. Важное значение имеет также динамическое снятие запрета, привносимое несимметричными локальными колебательными модами []. ЕУ'Ь - средняя эффективная энергия несимметричных локальных мод, примешивающихся к электронному состоянию и повышающих вероятность излучательного перехода. СОЙ! В совокупности статическое и динамическое снятие запрета по четности ввиду примешивания несимметричных компонент другой четности приводит к сравнительно высокой вероятности переходов 3А2<-»3Т2 и, соответственно - к довольно высоким вероятностям поглощения и люминесценции. Так, сечение стимулированной люминесценции ионов Сг4~ в ИАГ равно по разным данным от 3,3 до 4*‘ см2 [, ], в форстерите - 2*‘ см2 [, , ]. Такие величины вполне пригодны для получения лазерной генерации. КПД непрерывных лазеров на основе кристаллов Сг4^:УзЛ0]2 и Сг4+:М§Ю4 составляют % [] и % [] соответственно. Однако с еще большей вероятностью в кристаллах, легированных ионами Сг4+, протекает процесс безызлу нательной многофононной релаксации (БМФР) возбужденного состояния, т. Это приводит, как правило, к достаточно короткому наблюдаемому времени жизни и низкому квантовому выходу люминесценции кристаллов, легированных ионами Сг4+. В подавляющем большинстве кристаллов, активированных ионами Сг4', процессы БМФР протекают настолько интенсивно, что люминесценции при 0 К либо не наблюдается вовсе, либо ее интенсивность и период затухания чрезвычайно малы, как, например, в мелилитах []. И даже в получившем практическое применение кристалле Сг4+:ИАГ квантовый выход люминесценции т] при комнатной температуре вследствие активно протекающей БМФР не превышает %, время жизни составляет лишь 4 мкс, а интенсивность люминесценции при нагреве кристалла от 4 до ЗООК уменьшается в 4 раза []. В случае форстерита ситуация в этом смысле еще более удручающая: г = 2,7 мкс, г] = 9 -г- % (по разным данным [, , , ]), Лок/Доок-Ю []. Помимо пониженной эффективности генерации (особенно в непрерывном режиме), БМФР возбужденного состояния приводит также к повышенному тепловыделению в активном элементе со всеми вытекающими из этого, хорошо известными негативными последствиями. Все это ограничивает максимальную выходную мощность лазера (на сегодняшний день в непрерывном режиме генерации достигнуто 1,9 Вт для Сг4+:ИАГ [, ] и 1,1 Вт для Cr4•Mg2Si []) и делает необходимым принудительное охлаждение активных элементов [, ]. Это усложняет конструкцию конечного изделия, делает его более дорогим, громоздким, энергоемким и менее надежным в эксплуатации. БМФР при 0К, представляется одним из важнейших направлений развития физики лазеров на ионах Сг4+ [8, ]. В случае переходных ионов для расчета скорости БМФР Упг значительное распространение получила модель Струка-Фонджера [], которая после ряда упрощений (приближение гармонических потенциалов, одинаковые силовые константы для основного и возбужденного состояний и т. Ьсипп необходимых для покрытия энергетического зазора между основным и возбужденным электронными состояниями (соответствует частоте бесфононной линии). Это количество получается путем деления величины энергетического зазора на Ьсопг. Анализ уравнений (1. БМФР возбужденного состояния тем меньше, чем, в частности, меньше энергия фононов Р1С0ПГУ принимающих в ней участие.