Кристаллы квантовой и нелинейной оптики - Блистанов А.А.
ISBN 5-87623-065--0
Скачать (прямая ссылка):
Знереия нака</ни,вт
Рис. 4.13. Зависимость энергии выхода от энергии накачки для лазера на KBr: Fa(TI) [38| 110
t,o %г 1,ч r,e t,e
Длина волны, ним
Рис. 4.14. Спектральные области абсорбции и эмиссии различных ЩГК с Fa(T1)-центрамн [38|
Fa(III) - примесь, входящая в этот центр (например, ион Т1+), слишком велика, чтобы образовать «седло» типа (II), поэтому осью центра остается <100>. Сродство к электрону у примеси больше, чем у Li или у Na, так что расщепление 2/?-сосгояния достаточно сильное и 2pz не пересекается с Is. В результате 2рг становится метастабиль-ным уровнем с большим временем жизни. Оптические свойства этих центров и лазеров на их основе показаны на рис. (4.12 - 4.14). Такого тапа центры в кристаллах КС1 способны образовывать примеси Т1+, In+, Ga+. Центры этого типа оказываются устойчивыми, сохраняя рабочие характеристики лазеров при температурах, близких к комнатной, в течение сотен часов [38, 41].
При повышении концентрации примеси возможно образование центров с участием вакансии и двух ионов примеси (FB-центр). Если ионы примеси и вакансия расположены вдоль одной линии (направление [110]), центр приобретает симметрию 4/mmm (LUb). Полоса поглощения этого центра сдвинута относительно Fa-полосы в сторону длинных волн.
Два иона примеси могут образовывать с F-центром комплексы ромбической симметрии mm2 (C2v), если два иона примеси и анионная вакансия, располагаясь в плоскости (100), не находятся на одной прямой, а образуют угол (см. рис. 4.10). Этот комплекс, захватив электрон, образует новый оптический центр - FB-центр.
Электронные центры окраски могут быть получены различными способами. Наиболее простой способ - воздействие радиации, обеспечивающее получение собственных точечных дефектов, в том числе
111
вакансий, и возбуждение электронов в зону проводимости е последующим их захватом на глубоких уровнях точечных дефектов. Однако термическая стабильность центров, полученных таким путем, весьма низка, так как под действием радиации в равных количествах возникают и вакансии и межузлия, которые легко рекомбинируют при нагреве. Для получения более стабильных центров окраски используется сочетание легирования, аддитивного окрашивания и ионизирующего облучения. Кристаллы выращиваются с содержанием примеси изовалентных ионов 1...3 % (мол.) и затем отжигаются при температурах, на 50... 100 град, меньших температуры плавления, в закрытом контейнере, в парах металла, входящего в состав матрицы. После этого проводится окраска кристаллов ионизирующим излучением (УФ-излучение, рентген). Трудность получения лазерных кристаллов с центрами окраски состоит еще и в том, что при создании лазера на Fa или FB-центрах необходимо избавляться от F-центров, образующихся в первую очередь, так как полосы поглощения F и Fa-центров сильно перекрываются. Для устранения F-центров после образования центров окраски ионизирующим излучением аддитивно окрашенного кристалла кристалл облучают светом в F-полосе. Такое облучение возбуждает F-цеитры, что способствует уменьшению их концентрации и переводу центров окраски в состояния Fa, Fb и др. При небольших концентрациях примеси [1-2 % (мол.)] образуются преимущественно FA-центры, а при возрастании концентрации примеси увеличивается концентрация и Рв-центров.
3. Комплексы, образующиеся с участием гетеровалентной примеси.
Такие комплексы легко образуют заряженные центры, в которых центры типа FJ и примеси иновалентных анионов компенсируют заряды друг друга. Например, повышение стабильности р2+-центров может достигаться при легировании ЩГК двухвалентными анионами О2 и S2 .
Стабильные центры (Fj: О ) получались [42] в кристаллах NaCl, выращенных с добавкой NaOH, аддитивно окрашенных при Т = 1000 К и облученных светом F-полосы. Облучение в F-полосе вследствие возбуждения F-центра переводит F —> (F2: О ) с полосой поглощения в области 1,18 эВ. Время работы лазера на этих центрах без деградации достигало 200 ч при комнатной температуре. Оптические [43, 44], лазерные [45] свойства и стабильность (Fj: 0 )-центров определяются кулоновским и деформационным потенциалом.
Такого же типа центры образуются в NaCl, легированных NaiS с концентрацией до 1,0 % (масс.). После аддитивного окрашивания этих кристаллов в течение 5 ч при давлении 60 Тор и температуре 973 К возникает F-полоса (2,77 эВ) и полоса в области 2 эВ, связанная с появлением коллоидных частиц. Для устранения коллоидов кристаллы 112
размером 1x5x10 мм3 нагревали до 973 К и быстро (за 10 е) охлаждали до комнатной температуры между медными пластинками. После окрашивания и закалки в спектре поглощения кристалла наблюдались полосы поглощения:
При возбуждении светом с энергией кванта 2,84 эВ в присутствии (F2+: S )-центров возникает люминесценция с пиком при 0,832 эВ. Это свечение устойчиво к тепловому воздействию и практически не снижается до комнатной температуры. Термическая стабильность (F?: 8 )-центров достигала 400 дней при 268 К и 19 дней при 290 К, что в два раза выше, чем для таких же центров на основе кислорода. Для центров типа (F2: S ) и (F2: О) наблюдается эффект так называемой конфигурационной трансформации. Облучение светом 2,84 эВ при 80 К смещает люминесценцию от 0,832 эВ (A-пик) к 0,805 эВ (В-пик). Такой сдвиг означает изменение соседства S~( или O') около F2. Две вакансии и О" в (Fj: 0")-центре образуют треугольник, который может быть равносторонним или прямоугольным в зависимости от того, в какой плоскости располагаются три анионных узла, занятых этим центром (см. рис. 4.10). По предположению, высказанному в работах [43, 46], трансформация А -> В происходит при возбуждении светом 2/?*-связи с релаксацией к более низкоэнергегическому 2р„-состоянию и к более компактному расположению вакансий и примеси в центре окраски, чему соответствует равносторонний треугольник.
