ВВЕДЕНИЕ 3
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 5
1.1 Кристаллическая структура 5
1.2 Энергетическая структура иона Ce3+ 6
1.3 Преимущества и недостатки 6
1.4 Особенности и сложности выращивания кристаллов 11
2. Техника эксперимента 14
2.1 Методика роста кристалла 14
2.2 Схема спектроскопического эксперимента 16
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА 20
3.1 Спектры поглощения 20
3.2 Спектры люминесценции 20
3.3 Кинетики люминесценции 28
3.5 Зависимость рассеяния от угла падения света 29
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 31
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 32
Фторидные кристаллы со структурой кольквириита, например, LiCaAlF6 (LiCAF), перспективны для применений в различных отраслях. Эти матрицы с различными активаторами являются перспективными и доступными материалами для использования в качестве детекторов ионизирующего излучения, активных сред лазеров для локации, обработки материалов, аналитической техники, медицины.
Особое место среди применений указанных активных сред занимают лазерные источники, излучающие в ближнем ультрафиолетовом спектре. Хорошо известно, что УФ-лазеры имеют перспективы применений в различных областях, таких как структурирование поверхности, микро и нанообработка, дистанционное зондирование (зондирование загрязнения воздуха с системой Lidar), спектроскопия и визуализация.
Существует несколько методов генерации лазерного УФ-излучения с желаемой перестройкой длины волны, требуемыми диапазоном выходных энергий, средней мощностью, спектральными и временными характеристиками. Наиболее мощная УФ-генерация обеспечивается газовыми лазерами, которые, правда, имеют серьезные недостатки, поскольку они требуют обработки токсичных газов и источников питания с высоким напряжением. Эти источники допускают лишь незначительную перестройку длины волны. Другим, в настоящее время наиболее распространенным, методом является генерация УФ излучения путем нелинейной генерации гармоник либо на фиксированной (например, Nd: YAG), либо в диапазоне частот (к примеру, Ti: Sapphire) [2]. Однако нелинейная генерация гармоник по определению характеризуется высокими энергетическими затратами, что также накладывает ограничения в массовых применениях.
Таким образом, весьма актуальным направлением исследования твердотельных лазеров являются фторидные кристаллы с активаторами, излучающими в ультрафиолетовой (УФ) области. Перспективный активный
кристалл Ce LiCaA1F6 (Ce: LiCAF), который позволяет осуществлять прямую оптическую накачку с помощью 4-й гармоники любого из нескольких твердотельных источников на основе ионов Nd: (Nd: YAG, Nd: YLF, Nd:YVO4 и т. д.), что делает возможным создание твердотельных лазеров с перестройкой частоты от 280 до 315 нм.[3,4]. Исследованию этих кристаллов посвящена настоящая работа.
С точки зрения использования кристаллов Ce:LICAF в качестве активных сред оптических генераторов и усилителей важным является повышение КПД и выходных характеристик. Поэтому особенность этой активной среды, низкая изоморфная емкость матрицы по отношению к ионам Ce , является ограничением, приводящим с одной стороны к многоцентровости и потерям энергии накачки, а с другой к повышенному количеству дефектов.
Среди методов повышения эффективности среды наиболее фундаментальными являются методы управления центровым составом. Возможность сосредоточить энергию как можно больше именно в одном типе центров является актуальной задачей. Поэтому целью настоящей работы является исследование спектроскопических свойств образцов LiCAF и смешанных кристаллов LiSr0,8Cao,2AlF6 (LiSCAF), активированных ионами трехвалентного церия.
Настоящая работа посвящена выращиванию кристаллов Ce:LiCaAlF6 и Ce:LiSr08Ca02AlF6 и исследованию спектральных характеристик в ближней УФ области спектра ионов Се3+ в них.
Были выращены були монокристаллов состава Ce:LiCaAlF6 и Ce:LiSr08Ca02AlF6 методом Бриджмена-Стокбаргера с заданной ориентацией, из которых были приготовлены образцы для исследований методами спектроскопии.
Были собраны экспериментальные установки и зарегистрированы спектры люминесценции ионов церия и были выявлены три типа примесных центров, в соответствии с литературой отличающихся позицией замещаемого катиона и способом компенсации избыточного заряда. Установлено, что коэффициент поглощения в LiSr08Ca0j2AlF6:Ce больше чем в LiCaAlF6:Ce примерно в 6 раз. Из сравнения спектров люминесценции, зарегистрированных при различных температурах (комнатная, 77 К и 10 К) для различных длин волн возбуждения была замечена значительная передача энергии между примесными центрами различных типов. Однако при этом в смешанной структуре один из типов центров проявляется в меньшей степени. Проведенные исследования кинетик люминесценции в образцах LiCaAlF6:Ce и LiSr08Ca02AlF6:Ce
показало, что времена жизни для примесных центров одного и того же наименования не отличаются. По видимому вероятность образования одного из типов центра в смешанной структуре значительно меньше чем в несмешанном, а увеличение коэффициента поглощения определено увеличением концентрации первого и второго типов центров.
Таким образом, показано, что при переходе к смешанному кристаллу LiSr08Ca02AlF6:Ce удается увеличить коэффициент распределения примеси, причем именно в пользу определенных типов центров.
