ВВЕДЕНИЕ 6
1. Литературный обзор 9
1.1. Особенности фторидных материалов со структурой флюорита, легированных редкоземельными ионами, влияющие на эффективность
апконверсионной люминесценции 9
1.2. Апконверсионная люминесценция ионов Ho3+и Yb3+при возбуждении
на уровень 5I7 ионов Ho3+ 15
1.3. Апконверсионная люминесценция ионов Ho3+и Er3+при возбуждении
на уровень 4I13/2ионов Er3+ 26
1.4. Разновидности визуализаторов лазерного излучения 37
2. Объекты и методы исследования 41
2.1 Объекты исследования 41
2.2 Спектрально-люминесцентные методы исследования 45
2.3 Получение полимерных материалов на основе апконверсионных
люминофоров 50
3. Результаты 52
3.1 Апконверсионная люминесценция в порошках SrF2:Ho при
возбуждении на уровень 5I7ионов Ho3+ 52
3.2 Апконверсионная люминесценция в порошках SrF2:Yb,Ho при
возбуждении на уровень 5I7ионов Ho3+ 59
3.3 Апконверсионная люминесценция в порошках SrF2:Er,Ho при
возбуждении на уровни 5I7ионов Ho3+и 4I13/2и ионов Er3+ 65
3.4 Применение фторидных апконверсионных люминофоров в качестве
визуализаторов лазерного излучения 71
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 76
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
В настоящее время большое количество работ посвящено поиску эффективных апконверсионных люминофоров с заданным спектром излучения, обеспечивающих преобразование инфракрасного излучения в видимое свечение [1-7]. Интерес к данным материалам вызван их применением в фотонике, светотехнике, медицине, биологии и других областях науки и техники. Например, использование люминофоров в светодиодных источниках освещения позволяет улучшить цветопередачу и повысить энергоэффективность светильников. Применение апконверсионных материалов в солнечных батареях позволяет увеличить их кпд работы за счет дополнительного преобразования излучения солнца в диапазоне 1 - 2.2 мкм в зеленую люминесценцию и в последующем в фототок. Еще одним важным применением апконверсионных люминофоров является их использование в качестве визуализаторов инфракрасного лазерного излучения. Анализ коммерческих инфракрасных визуализаторов показывает, что в настоящее время на рынке отсутствуют визуализаторы, обеспечивающие визуализацию излучения в спектральном диапазоне более 1700 нм [8-12]. При этом следует заметить, что в настоящее время разработаны и активно используются лазеры, генерирующие излучение в диапазоне длин волн 1700-2150 нм, для которых также требуются эффективные визуализаторы. Таким образом, проблема поиска новых апконверсионных люминофоров является актуальной, так как ее решение позволит повысить энергоэффективность многих устройств на основе данных материалов и расширит область их применений.
В настоящей работе объектами исследования являются концентрационные серии фторидных кристаллических порошков со структурой флюорита, легированные редкоземельными ионами Ho3+, Yb3+и Er3+. Благодаря низкой энергии фонона и эффекту кластеризации редкоземельных ионов, фторидные материалы со структурой флюорита являются эффективными апконверсионными материалами [13-15]. Низкая энергия фононов приводит к уменьшению вероятности процессов многофононной релаксации и увеличению времени жизни промежуточных уровней РЗ ионов (например, уровни 5I7ионов Ho3+и 4I13/2ионов Er3+), которые играют важную роль в процессах апконверсионного преобразования. Ассоциация РЗ ионов в кластеры приводит к уменьшению расстоянию между ними и как следствие этого увеличивается вероятность апконверсионных процессов, основанных на межионном взаимодействии: последовательная передача энергии, кооперативные процессы и процессы кросс-релаксации. Например, ионы Ho3+легированные в оксидные (Y3Al5O12, Еи2Оз, YWO4, YAIO3 и др.) и некоторые фторидные (L1YF4, LiLuF4 и др.) матрицы не обладают интенсивной апконверсионной люминесценцией при возбуждении на уровень 5I7этих ионов.
В работах [16, 17] было показано, что кристаллы и прозрачная керамика со структурой флюорита CaF2:Ho обладают интенсивной красной люминесценцией при возбуждении на уровень 5I7ионов Ho3+лазерным излучением с длиной волны 1912 нм. Анализ литературных данных показывает, что в настоящее время в мире отсутствуют работы посвященные исследованию апконверсионной люминесценции в порошках SrF2:Ho, SrF2:Ho,Yb и SrF2:Er,Ho при возбуждении на уровень 5I7ионов Ho3+и на уровень 4I13/2ионов Er3+. Таким образом, полученные в результаты исследования апконверсионной люминесценции во фторидных порошках являются оригинальными.
В соответствии с этим, целью настоящей магистерской диссертации являлось исследование спектрально-люминесцентных свойств фторидных люминофоров SrF2:Ho, SrF2:Ho,Yb и SrF2:Er,Ho и создание визуализаторов лазерного излучения на их основе.
Для достижения поставленной цели в данной работе решались следующие задачи:
1) Исследование абсорбционных свойств люминофоров SrF2:Ho,
SrF2:Ho,Yb и SrF2:Er,Ho.
2) Исследование апконверсионной люминесценции фторидных люминофоров SrF2:Ho, SrF2:Ho,Yb и SrF2:Er,Ho при возбуждении на энергические уровни 5I7ионов Ho3+и 4II3/2ионов Er3+.
3) Определение оптимального состава люминофора для использования в качестве визуализаторов лазерного излучения.
4) Разработка методики создания визуализаторов лазерного излучения методами экструзии и горячего прессования.
В настоящей работе исследовалась апконверсионная люминесценция видимого диапазона спектра в люминофорах SrF2:Ho, SrF2:Ho,Yb и SrF2:Er,Ho и разработана методика создания визуализаторов лазерного излучения на их основе при возбуждении на уровень 4I13/2ионов Er3+и на уровень 5I7ионов Ho3+. Была изучена зависимость интенсивности апконверсионной люминесценции от концентрации редкоземельных ионов.
В работе получены следующие основные результаты и выводы:
1) Люминофоры SrF2:Ho, SrF2:Ho,Yb и З^уНо^Ег обладают интенсивной апконверсионной люминесценцией в видимом спектральном диапазоне длин волн при возбуждении лазерным излучением в области 2 мкм, что позволяет их использовать в качестве визуализаторов лазерного излучения.
2) Процессы межионного взаимодействия ответственны за возникновения апконверсионной люминесценции в порошках SrF2:Ho и SrF2:Ho,Yb при возбуждении лазерным излучением с длиной волны 1912 нм на энергетический уровень 5I7ионов Ho3+.
3) Солегирование люминофоров SrF2:Ho ионами Yb3+не приводит к увеличению интенсивности апконверсионной люминесценции в видимом спектральном диапазоне длин волн при возбуждении лазерным излучением с длиной волны 1912 нм.
4) Солегирование люминофоров SrF2:Ho ионами Er3+позволяет увеличить спектральную область (1450-1650 нм и 1880-2090 нм) преобразования ИК лазерного излучения в люминесценцию видимого диапазона длин волн.
5) Разработана методика получения апконверсионной полимерной пленки методами экструзии и горячего прессования.
