Электронно-колебательная структура оптических центров активированных кристаллов

• Автор: Благодырь, Марина Александровна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 69 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1. Методы расчета энергетических характеристик
примесных центров в кристаллах
1.1. Молекулярные методы расчета
1.2. Теория кристаллического поля
2. Расчет дисперсии вероятностей электродипольных переходов
в пределах электронно-колебательной полосы
2.1. Расчет состояний примесного иона-активатора в кристалле
2.2. Эффективный дипольный момент
2.3. Контур поглощения. Сечение перехода
3. Спектроскопические свойства Зй'-ионов в кристаллическом поле с симметрией искаженного тетраэдра
3.1. Расчет энергетических состояний тетраэдрического
комплекса с симметрией СзУ
3.2. Влияние локальных колебаний на структуру энергетических уровней примесных ионов
4. Вычисление эффективного заряда анионов в кристаллах со структурой халькопирита, активированных ионами Тл3+
5. Заключение
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение
6. Литература

ВВЕДЕНИЕ.
Кристаллы, активированные ионами переходных металлов, привлекательны для создания твердотельных лазеров на их основе ввиду возможности получения перестраиваемой генерации в широком спектральном диапазоне. Существование таких лазеров стимулирует интерес к изучению спектроскопических свойств примесных Зй-ионов в кристаллических матрицах.
Одними из перспективных лазерных материалов являются оксиды, в частности, алюминаты, легированные ионами титана, хрома, ванадия, никеля. Привлекательность этих материалов объясняется высокими теплофизическими характеристиками и относительной простотой технологии получения монокристаллов [51-54].
Вторым интересным классом кристаллов, легированных Зй-ионами, являются халькогенидные соединения типа А11В'Л, А1В|11С2У1, А11В21ИС4У1. Их особенностью является наличие только тетраэдрических катионных позиций, прозрачностью вплоть до 15-18 мкм, отсутствие высокочастотных фононов, ответственных за внутрицентровые безызлучательные переходы. Эти факторы позволяют создавать оптически активные центры, эффективно излучающие в среднем ИК - диапазоне. Исследованию таких активных сред посвящено большое количество работ [45-50, 55].
Трудности ростового эксперимента при создании лазерных люминофоров приводят к необходимости предварительного расчета спектральных характеристик примесных центров. При этом проблема заключается в отсутствии удовлетворительной теории, позволяющей по известной структуре кристаллов рассчитывать структуру энергетических уровней примесных ионов и их спектрально-люминесцентные свойства. Поэтому исследование спектроскопических свойств Зй-ионов в кристаллических матрицах является актуальной задачей.
К числу наиболее интересных активных ионов относится Т13+. Лазер на основе А1203:Н,+ с перестройкой генерации при 300 К в интервале длин волн от
0.718 до 0.770 мкм ( канал гЕ2Т2 ) лишен такого недостатка, как взаимодействие возбужденных лазерных уровней. У ионов 7г3+ в области оптической прозрачности матрицы А1202 ( 0.14-6.5 мкм ) кроме полосы переноса заряда ( 55 000 см _1 ) имеется только одна достаточно широкая двугорбая полоса поглощения,

соответствующая переходу 2Т2—>2Е . Хорошо также известно, что монокристаллы А/203 обладают замечательными теплопроводными и механическими характеристиками и могут быть выращены на современном этапе ростового эксперимента существенно больших размеров, чем александрит, изумруд и гранаты. Применение лазерной накачки позволяет расширить диапазон перестройки 773+ в Л12Оъ от 0.68 до 0.93 мкм. В теоретическом плане Тг (Зй1- система) является наиболее простым объектом для отработки идей и моделей, описывающих примесные Зй-ионы.
Расчет спектральных характеристик примесных центров, формируемых в кристаллах ионами переходных металлов группы железа, является сложной задачей. До настоящего времени решалась обратная задача : по экспериментально полученному контуру подгонкой параметров находили интегральные характеристики оптических центров, такие как излучательные времена, сечения переходов, дипольный момент, который для всего контура принимался равным константе.
Несомненный интерес вызывает прямая задача: по известной
микроскопической структуре центра ( окружения, характера взаимодействия ) и динамике рассчитать положение штарковских подуровней примесного иона и построить полосу оптических переходов.
Нель данной работы заключается в разработке методов расчета электронно-колебательной структуры оптических центров активированных кристаллов и апробации методики на примере ионов группы железа в корунде и кристаллах тройных алмазоподобных полупроводников.
Научная новизна работы заключается в последовательном развитии теории кристаллического поля.
При этом впервые:
1. Для Зй-ионов получены аналитические выражения для компонентов эффективного дипольного момента как функции параметров нечетного кристаллического поля.
2. Произведен расчет зависимости вероятности переходов между штарковскими подуровнями ионов группы железа от мгновенных положений атомов решетки на примере трехвалентного титана в корунде.

Ь, см
Рис. 56. Рассчитаны те же конфигурации, что и на нижней гистограмме рис. 5а.