Кристаллы квантовой и нелинейной оптики - Блистанов А.А.
ISBN 5-87623-065--0
Скачать (прямая ссылка):
0,7...0,8 мкм (55...60) • 10 20 см2. Поэтому в ИАП эффективность накачки в области 0,7...0,8 мкм выше, чем в области 0,4...0,6 мкм, в которой в основном обеспечивается накачка ИАГ.
Длины волн люминесценции для основных переходов ионов Nd3+ в кристаллах ИАП приведены ниже, мкм:
Интенсивность люминесценции в ИАП зависит от направления излучения, и лазерная генерация наиболее эффективна для длины волны к = 1,0795 мкм, соответствующей переходу с наибольшим сечением захвата при излучении вдоль оси b (44 • 10 20 см2). Поэтому элементы для генерации на этой длине волны вырезают вдоль оси Ь. При этом излучение оказывается поляризованным вдоль оси с. Квантовый выход люминесценции для переходов с у ровней 4Рз/г достигает единицы.
*F}r2 4/|ЗЯ.
*F312 -> 4/| 1/2.
2 -> *!т .. *Fsa -> Visa.
1.318...1.433
1.051...1.105 0,866. ..0,930
1.703...2.140
52
Сильные искажения координационного многогранника доя иона Y3+ в ИАП приводят к тому, что низкая локальная симметрия иона Y3+ способствует образованию неэквивалентных пар ионов Nd3+. Взаимное расположение ионов Y3+ в решетке ИАП можно охарактеризовать двумя числами (N; Л,), где Л, - расстояние между ионом Y3+, взятым в качестве начала координат, и одним из ближайших ионов Y3+; N - число ионов, находящихся на этом расстоянии от начального иона. В результате возникают пары или группы, характеризуемые как (2;3,64 А), (2;3,73 А), (2;3,79 А), (4;4,97 А), и т.д. Появление таких неэквивалентных пар приводит из-за диполь-дипольного взаимодействия к тонкому расщеплению уровней, возникновению близко расположенных сателлитов линий люминесценции, вызванных нормальными оптическими переходами, и снижению времени жизни на мета-стабильном уровне. В частности, у перехода 4Fm —> Чип были обнаружены четыре таких сателлита, расположенные на расстояниях от
3,5 до 8 см1, с временем жизни от 10 до 105 мкс. Эти сателлиты появлялись уже при концентрации ионов Nd3+ более 0,1 % (ат.) [31].
Попадание в лазерные кристаллы кроме активатора других ионов редких земель приводит к ухудшению генерационных свойств из-за концентрационного тушения. Наиболее эффективными тушителями люминесценции ионов Nd3+ являются ионы европия, гольмия и туллия [32].
Важное практическое значение доя легирования ИАП приобретает примесь ионов церия. Кристаллы УАЮз: Се3+ оказались эффективными люминофорами доя визуализации электронных лучей и сцинтилляторами для регистрации ядерных излучений [33]. Спектры люминесценции ионов Се3+ имеют максимумы при 565 нм доя ИАГ и 378 нм для ИАП [34]. Процесс высвечивания в ИАП:Се описывается двумя экспонентами с временами 31 не (98 % светосуммы) и 246 не (2 % свеггосуммы) [35]. Время высвечивания ИАП.Се на порядок ниже такого известного сцинтиллятора, как NaI:Tl, что очень важно для создания приборов регистрации ядерных излучений и электронных пучков.
Интенсивность люминесценции ионов Се3+ зависит от концентрации ионов и от их состояния. Коэффициент распределения Се сильно зависит от его концентрации [34]. В табл. 2.4 представлены коэффициенты распределения Се в кристаллах ИАГ, выращенных в восстановительной атмосфере (98 % Аг, 2 % Н2) из молибденовых контейнеров.
Приведенные коэффициенты распределения на 1...2 порядка меньше, чем коэффициенты распределения, полученные при выращивании кристаллов в окислительной атмосфере. Такое различие объясняется тем, что церий плохо входит в кристаллы ИАГ и ИАП в виде Се'+, а при выращивании в окислительной атмосфере значитель-
53
Таблица 2.4. Распределение примеси Се в кристаллах ИАГ
Содержание Се, % (ат.) Коэфф ицнент распределения
в расплаве в кристалле
0,0057 0,0056 0,9756
0,0062 0,0060 0,9009
0,1437 0,0070 0,0490
0,8625 0,0113 0,0130
2,0120 0,0197 0,0098
3,4500 0,0283 0,0082
ное количество церия входит в кристалл в состоянии Се4+. При выращивании кристаллов в восстановительной атмосфере концентрация таких эффективных тушителей люминесценции, как переходные металлы, существенно меньше, чем при выращивании в окислительной среде. Возможен также сдвиг стехиометрии кристалла в сторону избытка катионов (Y3+ и А13+), что способствует образованию центров окраски («ростовые» центры), имеющих полосы поглощения в области излучения активатора. Избыток катионов может быть снижен отжигом кристаллов в водороде или вакууме, в результате которого ростовые центры исчезают, а ионы Се3+ в ИАГ занимают доде-каэдрические позиции. Однако при такой термообработке не снижается концентрация кислородных вакансий, которые служат эффективными ловушками электронов с образованием F-ценгров, при воздействии на кристалл электронных пучков. Для уменьшения вредного влияния кислородных вакансий предлагается [34, 36] дополнительно проводить низкотемпературный (1500...1700 °С) отжиг кристаллов в атмосфере кислорода.
Переходные металлы. Валентные электроны переходных металлов располагаются на внешних 3d и 45-оболочках. Размер октаэдрической поры в кислородной плотнейшей упаковке составляет 0,057 нм, поэтому Mn3+, Fe3+, Со3+, Ni3+ легко входят в кристаллы кислородных соединений. Размер ионов Cr3+, V3+, Ti3+ несколько больше размера октаэдрической поры (табл. 2.5), поэтому вхождение этих ионов в кристаллы, в которых упаковка кислородных ионов близка к плотнейшей (как в АЬОз), приводит к искажению кислородного октаэдра. Это затрудняет вхождение таких примесей в кристалл, снижает их коэффициент распределения, что особенно относится к иону Ti3+. Затруднения с вхождением этого иона в кристалл АЬОз влияют на окраску кристалла (см. п. 4.2).
