Оптичні властивості кристалів боратів стронція

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ИНСТИТУТ ФИЗИЧЕСКОЙ ОПТИКИ

Автореферат

диссертации на получение научной степени кандидата физико-математических наук

01.04.05 - оптика, лазерная физика

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРИСТАЛЛОВ БОРАТОВ СТРОНЦИЯ SrВ₄O₇, Sr₄B₁₄O₂₅, Sr₄B₁₄O₂₅: RE³⁺ (RE³⁺ = Pr³⁺, Nd³⁺, Eu³⁺)

КУДРЯВЦЕВ Дмитрий Петрович

Львов - 2003

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

хімічний кристал борат стронцій

Актуальність теми. Пошук нових матеріалів для нелінійної і лазерної оптики визначається двома напрямками. З одного боку, активно вивчаються нові генераційні канали. З іншого - продовжується пошук нових матриць. У першу групу входять: пошук нових генераційних каналів відомих активаторів, дослідження та широке застосування маловивчених раніше активаторів, таких як RE²⁺, Cr⁴⁺, Ti⁴⁺, Er³⁺, Yb³⁺, дослідження сенсибілізованих систем. Друга група представлена дослідженнями розупорядкованих середовищ (LICAF, гадоліній - галієві гранати, ітрій - скандій - гадолінієві гранати і т.ін.), низькопорогових упорядкованих середовищ, матриць з високим вмістом активатора, у тому числі самоактивованих і т.п.. Інтерес до таких досліджень зумовлений тим, що зниження порогу генерації і збільшення потужності лазера на основі рідкісноземельних елементів можна досягти за рахунок вибору оптимальної матриці. Окремим напрямком пошуку нових матриць є задача одержання активно-нелінійних матриць, що об'єднують у собі властивості лазерних випромінювачів і нелінійно-оптичних перетворювачів частоти. Вивчення таких матриць продиктовано задачами розширення спектрального діапазону лазерного випромінювання. В даному напрямку активно досліджуються активовані ніобати (LiNbO₃), а також боратні діелектричні матриці (оксоборати ітрію Ca₄YO(BO₃)₃ та гадолінію Ca₄Gd(BO₃)₃, рідкісноземельні алюмоборати YAl₃(BO₃)₄, GdAl₃(BO₃)₄, скандоборати LaSc₃(BO₃)₄).

Пошук нових боратних активованих нелінійних кристалів пов'язаний зі значними труднощями. Відсутня загальна теорія і методологія пошуку таких сполук. Більшість боратних кристалізаційних систем мало вивчені. Проте, сучасна інформація дозволяє сподіватися на одержання раніше невідомих кристалів з цікавими властивостями - активно-нелінійних, самоактивованих. Тому дослідження фазової діаграми кристалізаційної системи, умов кристалізації, числа можливих хімічних сполук у системі, хімічних сполук, що можуть кристалізуватися у вигляді монокристалів, є актуальною задачею. У цю ж групу входить вивчення властивостей отриманих монокристалів, вивчення можливості легування відомими активаторами і прогнозування генераційних властивостей таких монокристалів.

Вищевикладені міркування визначили напрямок досліджень і актуальність обраної теми дисертації, в основу якої лягли роботи в контексті загального напрямку пошуку нових нелінійно-оптичних і активно-нелінійних кристалів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дисертаційна робота виконувалася в межах науково-дослідних робіт за тематичним планом Міністерства освіти і науки України, напрямок 5 - "Нові речовини та матеріали", за темами: "Дослідження явища самопомноження частоти нелінійно - оптичними кристалами родини боратів" (номер держреєстрації № 0198U007690, 1.01.1998 - 31.12.2000), та "Дослідження генераційних властивостей активаторних іонів празеодиму Pr³⁺ у нелінійних боратних кристалах." (номер держреєстрації № 0101U007512, 1.01.2001 - 31.12.2003)

Метою дисертаційної роботи є: дослідження умов вирощування оптичних монокристалів SrB₄O₇, Sr₄B₁₄O₂₅, Sr₄B₁₄O₂₅:RE³⁺ (RE³⁺ = Pr³⁺, Nd³⁺, Eu³⁺). Вивчення структурних особливостей, спектрально-люмінесцентних та нелінійно-оптичних властивостей цих кристалів. Для чого необхідно було виконати такі завдання:

За допомогою ДТА аналізу вивчити фазову діаграму системи SrO - B₂O₃.

Виростити монокристали:

SrB₄O₇ (SBO)

Sr₄B₁₄O₂₅

Sr₄B₁₄O₂₅:RE³⁺, (RE³⁺ = Pr³⁺, Nd³⁺, Eu³⁺)

високої оптичної якості.

Вивчити кристалічну структуру кристалів SrB₄O₇, Sr₄B₁₄O₂₅, Sr₄B₁₄O₂₅:RE³⁺(RE³⁺ = Pr³⁺, Nd³⁺, Eu³⁺).

Виміряти дисперсію показників заломлення, дослідити спектри поглинання та люмінесценції нових кристалів. З'ясувати зв'язок оптико-фізичних властивостей нових кристалів зі структурою їх кристалічних ґраток.

Провести дослідження генерації II та III гармонік на кристалі SrB₄O₇.

На основі експериментальних досліджень провести теоретичний розрахунок спектрально - люмінесцентних характеристик легованих кристалів та виявити можливість активації генераційних каналів іонів Pr³⁺ та Nd³⁺ у лазерній матриці Sr₄B₁₄O₂₅ з метою отримання лазерного випромінювання.

Об'єкт дослідженя - структурні, оптико-фізичні, нелінійно-оптичні та спектрально-люмінесцентні властивості кристалів SrB₄O₇, Sr₄B₁₄O₂₅ та легованих монокристалів Sr₄B₁₄O₂₅:RE³⁺ (RE³⁺ = Pr³⁺, Nd³⁺, Eu³⁺)

Предмет дослідження - монокристали SrB₄O₇, Sr₄B₁₄O₂₅ і Sr₄B₁₄O₂₅:Pr³⁺, Sr₄B₁₄O₂₅:Nd³⁺, Sr₄B₁₄O₂₅:Eu³⁺.

Для виконання поставленної мети використовувалися наступні методи дослідження:

- метод вирощування монокристалів з поверхні розчину - розплаву (TSSG - метод);

- метод диференційно - термічного аналізу;

- рентгеноструктурний аналіз;

- спектрометричні та люмінесцентні дослідження;

- нелінійно - оптичні дослідження ;

- теоретична модель Джада - Офельта.

Наукова новизна одержаних результатів:

- досліджено умови вирощування та вирощені нові монокристали Sr₄B₁₄O₂₅ та леговані монокристали Sr₄B₁₄O₂₅:RE^{3+ +} (RE³⁺ = Pr³⁺, Nd³⁺, Eu³⁺) та вивчена іх кристалічна структура;

вперше проведено обгрунтування умов вирощування монокристалу Sr₄B₁₄O₂₅ на основі вивчення фазової діаграми;

на основі вивчення спектральних властивостей кристалів Sr₄B₁₄O₂₅, SrB₄O₇ та легованих Sr₄B₁₄O₂₅:RE³⁺ (RE³⁺ = Pr³⁺, Nd³⁺, Eu³⁺) вперше:

зафіксовано УФ та довгохвильовий краї поглинання монокристалів Sr₄B₁₄O₂₅ та легованого Sr₄B₁₄O₂₅:Pr³⁺;

виявлено УФ смугу поглинання Pr³⁺ - іонів у матриці Sr₄B₁₄O₂₅, що належать до міжконфігураційних електронних переходів 4f - 5d;

активовано люмінесценцію іонів Pr³⁺ у матриці Sr₄B₁₄O₂₅ у синій та ближній УФ спектральній області;

активовано люмінесценцію іонів Nd³⁺ у матриці Sr₄B₁₄O₂₅ у червоній та ближній ІЧ спектральній області;

методами теорії Джада-Офельта розраховано основні спектрально-люмінесцентні та генераційні характеристики монокристалу Sr₄B₁₄O₂₅:Pr³⁺;

отримано генерацію II, III гармонік випромінювання YAG:Nd³⁺ лазера на кристалі SrB₄O₇.

Практичне значення отриманих результатів. Вирощено монокристал SrB₄O₇ високої оптичної якості. Зафіксовано генерацію II та III гармонік випромінювання YAG:Nd³⁺ лазера на монокристалічних зразках SrB₄O₇. Знайдена лінія поглинання SrB₄O₇ на довжені хвилі = 212 нм.

Вперше вирощені монокристали Sr₄B₁₄O₂₅ і Sr₄B₁₄O₂₅:RE³⁺ (RE³⁺ = Pr³⁺, Nd³⁺, Eu³⁺). Вивчено оптичні властивості нових монокристалів Sr₄B₁₄O₂₅ і Sr₄B₁₄O₂₅:RE³⁺ (RE³⁺ = Pr³⁺, Nd³⁺, Eu³⁺). Показано можливість застосування Sr₄B₁₄O₂₅:Pr³⁺ монокристалічних елементів для одержання генерації у видимій області спектра.

Особистий внесок здобувача. автор у співробітництві з с.н.с Просвірніним А.Л. розробив ростову установку для вирощування кристалів SrB₄O₇, Sr₄B₁₄O₂₅ та Sr₄B₁₄O₂₅:RE³⁺ (RE³⁺ = Pr³⁺, Nd³⁺). Здобувач особисто модернізував установку ДТА - аналізу. Використовуючи TSSG - методику, виростив монокристали Sr₄B₁₄O₂₅ і Sr₄B₁₄O₂₅:Pr³⁺ Sr₄B₁₄O₂₅:Nd³⁺. Розробив і створив стенд для дослідження спектрів поглинання і люмінесценції у видимому і ближньому ІЧ спектральних діапазонах. Самостійно підготував зразки і провів експерименти з вивчення спектрів поглинання і люмінесценції кристалів Sr₄B₁₄O₂₅:Pr³⁺ та Sr₄B₁₄O₂₅:Nd³⁺. Автор у співробітництві з канд. фіз. мат. наук Світанько М.В. провів комплекс прецизійних досліджень нелінійно - оптичних властивостей кристала SrB₄O₇: отримав генерацію II, III гармонік випромінення Nd³⁺:YAG лазера, виміряв значення когерентної довжини та нелінійних коефіцієнтів кристала SrB₄O₇. Дисертант зробив розрахунок генераційних характеристик кристала Sr₄B₁₄O₂₅:Pr³⁺.

Крім того, здобувач брав участь в узагальненні результатів досліджень, написанні статей та формуванні висновків.

Науковий керівник Оселедчик Ю.С. здійснював формулювання наукової проблеми, вибір методів досліджень та брав участь в обговоренні результатів досліджень, висновків, оформленні окремих статей. Старший науковий співробітник Просвірнін А.Л. виростив кристал SrB₄O₇, брав участь у розробці ростової установки для вирощування кристалів Sr₄B₁₄O₂₅ та Sr₄B₁₄O₂₅:RE³⁺ (RE³⁺ = Pr³⁺, Nd³⁺) та вирощуванні цих кристалів, а також у дослідженні фазової діаграми.

Внесок автора є основним.

Апробація результатів дисертації. Окремі результати і розділи роботи доповідалися на ХV Міжнародній школі - семінарі "Спектроскопія молекул і кристалів" (23 - 30 червня, 2001 р., Чернігів, Україна), ХVІ Міжнародній школі - семінарі "Спектроскопія молекул і кристалів" (25 травня - 1 червня, 2003 р., Севастополь, Україна), другій науковій молодіжній школі "Оптика - 2002",

(14 - 17 жовтня, 2002 р., Санкт - Петербург, Росія), VIII Всеросійській школі - семінарі "Хвильові явища в неоднорідних середовищах" (26-31 травня 2002 р., Красновідово, Росія), Міжнародній конференції "Оптоелектронні інформаційні технології" (24 - 26 квітня, 2001 р., Вінниця, Україна).

Публикації. Основні результати дисертації викладені в 12 роботах, серед них 5 статей у вітчизняних та іноземних журналах, 2 патенти на винахід,, 5 тез доповідей на конференціях.

Структура і об'єм роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, розділу, присвяченому огляду літератури та постановці проблеми дослідженнь, 5-ти розділів з викладом оригінальних результатів, висновку та цитованої літератури. Вона нараховує 135 сторінок, в тому числі 54 рисунків та 157 бібліографічні назви.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність теми, сформульовано мету роботи. Відзначено наукову новизну та практичну цінність отриманих результатів. Представлено відомості про апробацію роботи та публікації.

Перший розділ містить літературний огляд. В ньому подано загальну характеристику

оптичних властивостей та огляд застосування в лазерній оптиці монокристалів родини боратів.

На підставі теорії аніонних груп проаналізовано залежності оптичних властивостей боратних оксидних кристалів від структури аніонних боратних груп. Розглянуто властивості нелінійно - оптичних боратних кристалів: - BBO, LBO, CBO, CLBO, та експериментальні схеми з їх застосуванням. Наведено огляд нелінійно-активих кристалів - LaBGeО₅:Nd³⁺, LiNb₃:Nd³⁺, - Gd₂(Mo₄)₃:Nd³⁺, YAl₃(BO₃)₄:Nd³⁺, YCa₄O(BO₃)₃:Nd³⁺ і т. п.. Здійснено огляд оптичних властивостей боратів стронцію як одного з представників родини боратів. Показана перспективність легування тетраборату стронцію з метою отримання активно-нелінійного кристала.

Розглянуто генераційні канали електронних переходів лантаноїдів у лазерних діелектричних матрицях та обґрунтовано вибір іона-активатора. Висновки першого розділу обумовлюють актуальність дослідження ростової системи SrO - B₂O₃ у сенсі пошуку нових монокристалів сімейства стронцієвих боратів.

Другий розділ містить результати дослідження діаграми стану SrO - B₂O₃ та опис фізико - химічних та технологічних особливостей вирощування монокристалів боратів стронцію SrB₄O₇, Sr₄B₁₄O₂₅ та Sr₄B₁₄O₂₅:RE³⁺ (RE³⁺ = Pr³⁺, Nd³⁺, Eu³⁺).У цьому ж розділі наведено результати дослідження структури нового монокристала Sr₄B₁₄O₂₅.

Кристалізаційна система SrO - B₂O₃ на відміну від інших боратних систем, добре вивчених на даний момент, вивчена недостатньо. Зокрема, загальної фазової діаграми системи SrO - B₂O₃ у діапазоні концентрацій від 0 до 100 % дотепер не існує.

Для детального вивчення фазової діаграми системи SrО - B₂O₃ застосовувався метод диференціального термічного аналізу, адаптований для вивчення схильних до переохолодження розплавів: тиглем у ДТА - установці слугував разклепаний у вигляді контейнера кінець диференційної термопари (Pt - RhPt). У результаті розшифровки термограм досліджуваних розплавів побудована діаграма стану системи SrО- B₂O₃ (рис. 1). Встановлено, що температура кристалізації SrB₂O₄ Т = 1170 5С, температура плавлення SrВ₄O₇ Т = 1015 5 С. Температура плавлення SrВ₆O₁₀ була визначена як Т = 920 5 С.

У діапазоні концентрацій 64 - 66 мол. % B₂O₃ була отримана нова хімічна сполука Sr₄B₁₄O₂₅. Міжнародна рентгенівська кристалографічна база даних (ICPDC 15-801) не містить інформацію про цю сполуку. Температура інконгруентного плавлення Sr₄B₁₄O₂₅ Т = 1012 5 С. Показано, що монокристал Sr₄B₁₄O₂₅ може бути отриманий у результаті кристалізації з розплаву, що містить 64 - 66 мол. % B₂O₃.

Встановлено, що легований борат стронцію Sr₄B₁₄O₂₅:Pr³⁺ кристалізується з розплаву SrО - 2B₂O₃ - x Pr₂O₃ при молярній частці Pr₂O₃ 0.002 < x < 0.01. Виявлено, що легований борат стронцію Sr₄B₁₄O₂₅:Nd³⁺ кристалізується з розплаву SrО - 2B₂O₃ - x Nd₂O₃ при молярній частці Nd₂O₃ 0.004 < x < 0.01. Sr₄B₁₄O₂₅:Eu³⁺ вдалося отримати лише у полікристалічному вигляді.

Для вирощування монокристалів боратів стронцію SrB₄O₇, Sr₄B₁₄O₂₅ та Sr₄B₁₄O₂₅:RE³⁺ (RE³⁺ = Nd³⁺, Pr³⁺, Eu³⁺) використовувалася вертикальна однозонна піч опору потужністю 1,5 кВт. При вирощуванні використовувалися затравки, орієнтовані по нормалі до площини (020) і (002). Швидкість охолодження становила 2 - 4 С/день. Швидкість витяжки підтримувалася на рівні 2 - 3 мм/день. Отримані кристали мали розміри: діаметр 20 -25 мм, довжина l = 10 мм. Вирощені кристали мали циліндричну форму з частковою огранкою площинами (002) і (200). Кристали не гігроскопичні. Монокристали мали слабке забарвлення: жевто - зелене у випадку празеодима, та фіолетове у випадку неодима.

У результаті проведеного рентгеноструктурного аналізу експериментально встановлено, що монокристали Sr₄B₁₄O₂₅ і Sr₄B₁₄O₂₅: RE³⁺ (RE³⁺ = Pr³⁺, Nd³⁺, Eu³⁺) належать до моноклінної системи, просторова група С2/m. Значення параметрів кристалічної ґратки a = 16.384 Е, b = 7.762 Е, c = 16.619 Е, = 119.8. Розраховане на основі структурних даних значення густини _calc= 3.246 г/см³ добре відповідає експериментально знайденому за допомогою методу гідростатичного зважування _exp= 3.2 г/см³. На рис. 2 представлений фрагмент кристалічної структури Sr₄B₁₄O₂₅.

Третій розділ присвячено дослідженню нелінійно-оптичних властивостей монокристала SrB₄O₇. При уточненні раніше отриманих даних по прозорості SrB₄O₇ ( = 130 - 3200 нм) зафіксована смуга поглинання ( = 205 - 220 нм) в УФ області прозорості.

За методом Мейкера встановлено нелінійні коефіцієнти тетраборату стронцію:

d₃₁ = 0,0150,0033 * 10^-12 м/В, d₃₂ = 0,0190,0039 * 10^-12 м/В, d₃₃ = 0,0030,0006 * 10^-12 м/В,

d₁₅ = 0,002 0,0006 * 10^-12 м/В, d₂₄ = 0,0050,001 *10^-12 м/В.

На тонких монокристалічних пластинах тетраборату стронцію на середній довжині когерентності _ког спостерігалися процеси генерації ІІ та ІІІ гармонік лазерного випромінювання АІГ: Nd³⁺. Ефективність генерації другої гармоніки склала 1,1*10^-6 (P_{накачки} = 70 МВт/см², = 20 нс), третьої - 5,4*10^-9 (P_{накачки} = 3 ГВт/см², = 20 нс). На рис. 3, 4 представлені залежності енергії другої та третьої гармоніки випромінювання АІГ:Nd³⁺ лазера від густини потужності основної гармоніки.

У четвертому розділі наведено результати дослідження дисперсії показників заломлення та спектроскопічних досліджень монокристалів Sr₄B₁₄O₂₅, Sr₄B₁₄O₂₅: RE³⁺ (RE³⁺ = Pr³⁺, Nd³⁺, Eu³⁺).

За методом призми проведено дослідження дисперсії показників заломлення кристалу Sr₄B₁₄O₂₅. За методом найменших квадратів були обчислені значення коефіцієнтів A, B, C, та D рівняння Селмеєра.

(1)

В таблиці 1 представлено коефіцієнти рівняння Селмеєра для Sr₄B₁₄O₂₅.

Таблиця 1.. Коефіцієнти рівняння Селмеєра для Sr₄B₁₄O₂₅.

Експериментально встановлено, що короткохвильовий край смуги прозорості Sr₄B₁₄O₂₅ відповідає ВУФ спектральному діапазону. Спектральна чутливість застосованої апаратури не дозволила встановити точне значення короткохвильового краю смуги прозорості, однак встановлено, що це значення не менш =185 нм.

Довгохвильовий край смуги прозорості монокристала відповідає довжині хвилі = 3400 нм. У всьому діапазоні прозорості відсутні лінії поглинання. Встановлено, що короткохвильовий край смуги прозорості монокристалу Sr₄B₁₄O₂₅:Pr³⁺ відповідає довжині хвилі = 227 нм. Смуга поглинання = 180 - 227 нм відповідає міжконфігураційним 4f 5d електронним переходам.

Довжина хвилі довгохвильового краю поглинання дорівнює 3400 нм. Спектр поглинання має вісім піків від 443 нм до 2330 нм, які відповідають електронним переходам іону Pr³⁺.

Наведено результати дослідження спектрів люмінесценції монокристала Sr₄B₁₄O_25: Pr³⁺ при збудженні Ar+ лазером, _exc = 488 нм, що відповідає лінії поглинання ³H₄ ³P₀ іона празеодима.

Люмінесценція іонів Pr³⁺ при електронних переходах ³P₀ ³H₄ та ³P₀ ³H₅ досліджувалася за допомогою спектрофлюориметра Hitachi 850 в умовах лампової накачки при накачці в лінію поглинання 440 нм. Зареєстровано люмінесцентний пік, що відповідає довжині хвилі 475 нм (³P₀ ³H₄) та широку лінію люмінесценції, що відповідає довжині хвилі =540 нм (³P₀ ³H₅).

При накачці у УФ смугу поглинання іонів Pr³⁺ ( =180 - 230 нм ) збуджено інтенсивну люмінесценцію в УФ ( = 384 нм, ¹S₀ ³P₂ + ¹I₆) та синьому спектральному диапазонах ( = 460 нм та = 472 нм, ³P₀ ³H₄). Показано, що енергетичний стан ¹S₀ лежить нижче енергетичної зони 5d стану.

Експериментально виміряне значення часу життя стану ³P₀ = 17 мкс.

Проведено спектроскопічні дослідження монокристала Sr₄B₁₄O₂₅:Nd³⁺. Встановлено, що короткохвильовий край смуги прозорості монокристалу Sr₄B₁₄O₂₅:Nd³⁺ відповідає довжені хвилі = 190 нм. Спектр поглинання у диапазоні 190 - 1000 нм має 5 піків, які відповідають електронним переходам іона Nd³⁺. Зареєстровано люмінесцентні лінії 880 - 960 нм (⁴F_3/2⁴I_9/2), та 1064 нм (⁴F_3/2⁴I_11/2).

Люмінесценція монокристалу Sr₄B₁₄O₂₅:Nd³⁺ досліджувалася за допомогою спектрофлюориметра Hitachi 850 при накачці у смугу поглинання = 530 нм (⁴I_9/2 ²K_13/2+²G_7/2+⁴G_9/2).

У п'ятому розділі представлено результати розрахунку спектрально-люмінесцентних та генераційних характеристик монокристала Sr₄B₁₄O₂₅:Pr³⁺. Розрахунок робився методами теорії Джадда- Офельта. Для розрахунку основних спектрально-генераційних характеристик кристала Sr₄B₁₄O₂₅:Pr³⁺ у наближенні теорії Джадда-Офельта чисельними методами розраховувалися інтегральні коефіцієнти поглинання = K() d для кожної абсорбційної лінії, як площа під кривою поглинання. Сила ліній електро-дипольних переходів із основного стану розраховувалася за формулою (2) з використанням коеффіцієнтів поглинання виміряних при кімнатній температурі та дисперсії показника заломлення.

(2)

На основі даних про сили ліній, було розраховано параметри інтенсивності Джадда - Офельта за співвідношенням (1)

Обчислені таким чином параметри дорівнюють:

Щ₂= 11,14 *10^-20 см²

Щ₄=1,388 *10^-20 см²

Щ₆=1,815*10^-20 см²

На основі розрахованих сил електродипольних ліній робився розрахунок імовірності спонтанних переходів A_jj' між двома мультиплетами J та J':

. (3)

Результати розрахунку імовірностей спонтанних переходів, коефіцієнтів розгалуження, генераційних перерізів переходів та люмінесцентний час життя подано у таблиці 2.

Таблиця 2. Основні спектрально - генераційні характеристики кристала Sr₄B₁₄O₂₅:Pr³⁺.

Оцінка порогової енергії генерації для переходів ³P₀ ³H₅, ³P₀ ³H₆, ³P₀ ³F₂, ³P₀³F₃, ³P₀³F₄, ³P₀ ¹G₄ вказує на те, що найбільш перспективний для отримання лазерної генерації - перехід ³P₀ ³F₂. Переходи ³P₀ ³H₆, ³P₀³F₄, ³P₀ ¹G₄ мають суттєво більшу порогову енергію накачки, але при зменшенні ефективної напівширини линії люмінесценції (при низьких температурах) можливо активувати і ці канали.

ВИСНОВКИ

Побудована фазова діаграма стану системи SrО - B₂O₃ у діапазоні концентрацій 50 - 75 мол.% B₂O₃. Уточнені температура кристалізації Sr₂BO₄ Т = 1170 5С та температура плавлення SrВ₄O₇ Т = 1015 5 С. Температура плавлення SrВ₆O₁₀ була визначена як Т = 920 5 С. У діапазоні концентрацій 64 - 66 мол. % B₂O₃ була отримана нова хімічна сполука Sr₄B₁₄O₂₅. Температура інконгруентного плавлення Sr₄B₁₄O₂₅ Т = 1012 5 С.

Вперше вирощені монокристали Sr₄B₁₄O₂₅ та досліджена їх кристалографічна структура Монокристали Sr₄B₁₄O₂₅ належать до моноклінної системи, просторова група С2/m. Значення параметрів кристалічної ґратки a = 16.384 Е, b = 7.762 Е, c = 16.619 Е, = 119.8.

3. Встановлено, що легований борат стронцію Sr₄B₁₄O₂₅:Pr³⁺ кристалізується з розплаву SrО - 2B₂O₃ - x Pr₂O₃ при молярній частці Pr₂O₃ 0.002 < x < 0.01. Легований борат стронцію Sr₄B₁₄O₂₅:Nd³⁺ кристалізується з розплаву SrО - 2B₂O₃ - x Nd₂O₃ при молярній частці Nd₂O₃ 0.004 < x < 0.01. Вперше вирощені монокристали Sr₄B₁₄O₂₅:RE³⁺ (RE³⁺ = Pr³⁺, Nd³⁺, Eu³⁺).

4. Зафіксовано несинхронну генерацію ІІ та ІІІ гармонік лазерного випромінювання YAG:Nd³⁺ у тонких монокристалічних пластинках тетраборату стронцію. Ефективність генерації другої гармоніки склала 1,1*10^-6 (P_{накачки} = 70 МВт/см², = 20 нс), третьої - 5,4*10^-9 (P_{накачки} = 3 ГВт/см², = 20 нс).

5. Досліджено властивості люмінесценції кристалу Sr₄B₁₄O₂₅:Pr³⁺ при ламповій та лазерній (Ar+ лазер) накачці. При накачці у УФ полосу поглинання іонів Pr³⁺ ( =180 - 230 нм ) збуджено інтенсивну люмінесценцію в УФ ( = 384 нм, ¹S₀ ³P₂ + ¹I₆) та синьому спектральному діапазонах ( = 460 нм та = 472 нм, ³P₀ ³H₄).

6. Проведено спектроскопічні дослідження монокристала Sr₄B₁₄O₂₅:Nd³⁺. Встановлено, що короткохвильовий край смуги прозорості монокристала Sr₄B₁₄O₂₅:Nd³⁺ відповідає довжині хвилі = 190 нм. Спектр поглинання у діапазоні 190 - 1000 нм має 5 піків, які відповідають електронним переходам іона Sr₄B₁₄O₂₅:Nd³⁺.

7. Методами теоретичної моделі Джадда-Офельта розраховано спектрально-люмінесцентні та генераційні характеристики монокристала Sr₄B₁₄O₂₅:Pr³⁺. Встановлено, що преходи ³P₀ ³F₂, ³P₀ ³H₆ перспективні для отримання лазерної генерації на Pr³⁺, а переходи ⁴F_3/2 ⁴I_9/2 та ⁴F_3/2 ⁴I_9/2 на іонах Nd³⁺.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

Оселедчик Ю.С., Просвірнін А.Л., Світанько М.В., Кудрявцев Д.П. Електрооптичні характеристики монокристалів тетраборатів стронцію та свинцю.//Вісник Запорізького держ. унів. - 2000. - №1, С. 189 - 192.

Kudrjavtcev D.P., Oseledchik Yu. S.,Prosvirnin A.L., Svitanko N.V. The luminescence of the praseodymium - doped strontium borate Sr₄B₁₄O₂₅:Pr³⁺.// Ukr.J.Phys.Opt. - 2002. - Vol.1, №3, P. 155 - 160.

Кудрявцев Д.П., Оселедчик Ю.С., Просвірнін А.Л., Світанько М.В. Спектрально - генераційні характеристики кристала Sr₄B₁₄O₂₅:Pr³⁺. // Український фізичний журнал. - 2003. - №1. - С. 11 - 16.

Kudrjavtcev D.P., Oseledchik Yu. S., Prosvirnin A.L., Svitanko N.V. Growth of a new strontium borate crystal Sr₄B₁₄O₂₅. // J. of Cryst. Growth. - 2003. - Vol.254, №3 - 4, P. 456 - 460.

Світанько М.В., Оселедчик Ю.С., Швець Є.Я., Просвірнін А.Л., Кудрявцев Д.П. Оптична мультистабільність у резонаторі із нелінійним резонансним середовищем.//Вісник Запорізького держ. унів. - 2001. - №2, С. 74 - 83.

Патент C30B17/00, Україна. Спосіб вирощування кристалу борату стронцію Sr₄B₁₄O₂₅ легованого лантаноїдами. Деклараційний патент на винахід: C30B17/00, Україна./ Оселедчик Ю.С., Просвірнін А.Л., Світанько М.В., Кудрявцев Д.П., № 49341А, Заявл. 12.11.2001; Опубл. 16.09.2002.

7. Патент С30В17/00, Україна. Спосіб вимірювання тривалості ультракоротких імпульсів ультрафіолетового диапазону: Деклараційний патент на винахід: Україна./ Оселедчик Ю.С., Просвірнін А.Л., Світанько М.В., Кудрявцев Д.П., № 46236А, Заявл. 04. 03. 2002; Опубл. 15. 05. 2002.

8. Кудрявцев Д.П., Світанько М.В., Швець Е.Я., Просвірнін А.Л.,Оселедчик Ю.С., Низковольтні електрооптичні модулятри лазерного випромінення на основі кристала KTiOPO₄ (KTP).//Proceedings of International Conference on Optoelektronic Information Technologies ", 24 - 26 April, 2001, Vinnytsia, Ukraine, P.146.

9. Kudrjavtcev D.P., Oseledchik Yu. S., Prosvirnin A.L., Svitanko N.V., Petrov V.V. The luminescence of strontium tetraborate doped with praseodymium (SrB₄O₇:Pr³⁺), excited with argon - ion laser.//Proceedings of the V International School - Seminar "Spectroscopy of molecules and crystals".23 - 30 June, 2001, Chernihiv, Ukraine, P.104.

10. Кудрявцев Д.П., Свитанько Н.В. Новый лазерный материал - борат стронция Sr₄B₁₄O₂₅:Pr³⁺ / Труды Второй научной молодёжной школы "Оптика - 2002", 14 - 17 октября, 2002г., Санкт - Петербург, Россия, с.112

11. Кудрявцев Д.П., Свитанько М.В., Просвирнин А.Л.,Оселедчик Ю.С., Измерение длительности ультракоротких импульсов лазерного излучения ультрафиолетового спектрального диапазона./ Труды VIII Всероссийской школы - семинара "Волновые явления в неоднородных средах". 26 -31 мая 2002г., Красновидово, Россия, часть 1, с. 33.

12. Kudrjavtcev D.P., Oseledchik Yu. S., Prosvirnin A.L., Svitanko The spectral - generation properties of new Sr₄B₁₄O₂₅:RE³⁺ (RE³⁺ = Pr³⁺, Nd³⁺, Eu³⁺) crystal.//Proceedings of the VІ International School - Seminar "Spectroscopy of molecules and crystals".25 May - 1 June, 2003, Sevastopol, Ukraine, P.129.

Размещено на Allbest.ru