Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Блистанов А.А. -> "Кристаллы квантовой и нелинейной оптики" -> 21

Кристаллы квантовой и нелинейной оптики - Блистанов А.А.

Блистанов А.А. Кристаллы квантовой и нелинейной оптики — М.: МИСИС, 2000. — 432 c.
ISBN 5-87623-065--0
Скачать (прямая ссылка): kristllikvantovoynelineynoyfiziki2000.djvu
Предыдущая << 1 .. 15 16 17 18 19 20 < 21 > 22 23 24 25 26 27 .. 164 >> Следующая

Оптические переходы, для ионов переходных металлов, определяющиеся изменением состояния 3(/-оболочки, подробно рассмотрены в литературе [37]. Эта оболочка слабо экранирована от внешнего кристаллического поля. Под воздействием поля энергетические уров-
54
Таблица 2.S. Структура электронных оболочек атомов и ионов переходных металлов
Элемент Порядковый номер в таблице Менделеева Электронные оболочки Ионный радиус в кислородном октаэдре, нм
Ti 22 3db2 3d> 0,067
V 23 3 dh* 3d* 0,064
Сг 24 3 rfSji 3d3 0,062
Мп 25 3 d*s2 3d* 0,058
Fe 26 3 dW 3 d> 0,055
Со 27 3 rfV 3d6 0,053
Ni 28 3 dW 3di 0,056
ни расщепляются на подуровни, структура которых определяется числом электронов, силой и симметрией кристаллического поля. Поскольку симметрия поля оказывает существенное влияние на структуру уровней, для обозначения этих уровней используются символы из теории групп. Например, А - основное состояние с мультиплетно-стью 1 и орбитальным квантовым числом L = О (S); Е - мультиплет-ность 2, дублет; Т - мультиплетность 3, триплет. Нижний индекс у символа Т означает четность (Tig) или нечетность (7’g) симметрии волновых функций относительно поворота на 90 град вокруг осей х, у, z. В симметричном неискаженном октаэдре расщепление Тгъ орбитали отсутствует, и она представляет собой состояние °Аг четной симметрии. Верхний индекс означает степень вырождения по спину.
Лазерное излучение было получено с использованием в качестве ионов-активаторов Ti3+, Со3+, Ni3+, Сг3+. Наиболее часто в качестве активатора используется Сг3+. Нижнее энергетическое состояние (терм 4Рили 4Аг в кристаллическом поле) у иона Сг3+ образуется тремя 4</3-электронами и имеет максимальный спин S = 3/2 и максимальный орбитальный момент L = 3. Пять волновых функций d-орбиталей в октаэдрическом поле образуют систему (рис. 2.14), в которой:
- три волновых функции, координатные части которых d состоят из парных произведений координат (dzx, dzy, dxy), направлены своими лепестками в центры граней кислородных октаэдров и создают нижнее 7’2g-c о стояние;
- две волновые функции, координатные части которых составляют квадраты координат {d(z2) и d(x2 у2)}, направлены своими лепестками в вершины октаэдра и образуют 12-кратно вырожденные состояния *Тги*Т\.
В искаженном октаэдре кристалла АЬОз это вырождение снимается, и состояния 4Тг и 4Т\ превращаются в широкие полосы, при переходе на которые возможно возбуждение иона с уровня Мг в области длин волн 410. ..560 нм, что определяет красный цвет рубина.
55
Рис. 2.14. Уровни энергии иона Сг3+ в октаэдрическом кристаллическом поле. Показаны волновые функции, формирующие уровни *Т\ и 4 Гг Dq - параметр силы кристаллического поля; х, у, г - координаты октаэдра
В кристаллах ИАГ кристаллическое поле слабее и переход 4Аг -> 4Тг сдвинут в сторону длинных волн, создавая полосу поглощения при 590 нм, а в области 430 нм возникает еще одна полоса (4Аг -> 4Ti). Свет, проходящий между этими полосами, придаст кристаллу зеленую окраску.
Оптические свойства Сг3+ в рубине описаны во многих работах по лазерам (например, [15]). Накачка Сг3+ происходит за счет переходов с М2 на уровни 4Тг и 4Т\, образующие за счет расщепления полосы поглощения в зеленой (560 нм) и фиолетовой (410 нм) областях спектра с шириной 800 см4 каждая. С уровней накачки происходят безызлучательные переходы на нижние дублетные уровни 2Тг, 1Т\ и :Е с накоплением на метастабильном (время жизни 3,4 мс) уровне 2Е, Уровень 2Е в рубине расщепляется на два подуровня EwlA, расстояние между которыми 29 см 1 превосходит величину ушнрения уровней при комнатной температуре (10 см '), поэтому оптический переход 2Е -» 4А 2 дает две линии люминесценции fti(692,9 нм) и Яг(694,3 нм). Из-за эффективной релаксации 2А -> Е заселенность уровня Е больше, и генерация происходит за счет переходов Е -> 4Aj с длиной волны 694,3 нм при комнатной температуре. Расщеплением нижнего
56
4А2 уровня (10 см1) при комнатной температуре можно пренебречь. Поэтому ион Сг3+ имеет схему переходов, близкую к идеальной трехуровневой. Эта схема характеризуется сечениями перехода ст = 1,7 • 10 19 см2 для АТ1 и а = 2,2 • 10 19 см2 для 4 Гi, скоростью безызлучательных переходов со = 107 с 1 и спонтанных оптических переходов А = 300 с1, сечением перехода с метастабильного уровня (Яi-линия) ст = 2,5 • 10-20 см2. Кристаллы рубина обладают дихроизмом, что объясняется отклонением локальной симметрии иона хрома в кислородном октаэдре АЬОз от кубической и действием суммарного кристаллического поля рубина, имеющего симметрию R3c.
Поглощение энергии накачки ионами-активаторами зависит от их концентрации и ширины полосы поглощения. Например, в область полос поглощения ионов Nd3+ в ИАГ попадает не более 30 % энергии накачки аргоновой или криптоновой ламп. Для повышения уровня усвоения энергии накачки ионами активатора используется метод сенсибилизации, состоящий в том, что вместе с активатором в кристалл вводится примесь, способная возбуждаться под действием света накачки и передавать свое возбуждение ионам-активаторам. Для неодима такими сенсибилизаторами оказались ионы хрома [14], так как полосы возбуждения Nd3+ близки с широкими полосами возбуждения Сг3+. Однако для кристаллов ИАГ: Nd этот способ не получил распространения из-за малой скорости передачи энергии от ионов Сг3+ к Nd3+ с малозаселенных уровней возбуждения, нижним из которых является 4Ti. Заселенность ATi можно повысить, уменьшив ширину зазора между 4Тг и метасгабильным уровнем 2Е так, чтобы происходило термическое заселение АТг с метастабильного уровня. Ширина зазора между 4Тг и 2Е зависит от кристаллического поля и меняется при изменении кристаллической матрицы. Матрицей, в которой обеспечивается термическое заселение уровней возбуждения ионов Сг3+, оказались кристаллы галлий-скандий-гадолиниевого граната с неодимом, в которых ион Сг3+ обеспечивает эффективную передачу энергии ионам Nd3+.
Предыдущая << 1 .. 15 16 17 18 19 20 < 21 > 22 23 24 25 26 27 .. 164 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed