Кристаллы гадолиний-скандий алюминиевого граната, легированные ванадием
Представление кристаллов сложных оксидов металлов, со структурой гранатов активированных ионами ванадия. Количественная оценка положения электронных уровней октаэдрических и тетраэдрических ионов V3+ в приближении произвольного кубического поля.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 07.12.2018 |
| Размер файла | 150,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ОАО « НИТИОМ ВНЦ «ГОИ им. С.И. ВАВИЛОВА»
КРИСТАЛЛЫ ГАДОЛИНИЙ-СКАНДИЙ АЛЮМИНИЕВОГО ГРАНАТА, ЛЕГИРОВАННЫЕ ВАНАДИЕМ.
Сандуленко А.В.
Титов А.Н.
Кристаллы сложных оксидов металлов со структурой гранатов активированные ионами ванадия представляют практический интерес для модуляции добротности лазеров генерирующих в диапазоне длин волн 1,0ч2,0 мкм. Ионы ванадия в кристаллах имеют валентные состояния 2+,3+ и 4+ и занимают тетраэдрические и октаэдрические позиции в кристаллографической решетке граната. Основной вклад в спектр поглощения кристалла в исследуемом диапазоне длин волн вносят октаэдрически и тетраэдрически координированные ионы ванадия V3+.
Для выращивания использовали шихту состава Gd 2,88 Sc0,12 [Sc1,80 Al0,23]Al2,77 Концентрация легирующей добавки в пересчете на ванадий составляла 1.5Ч 1020см3. Пластинки, вырезанные перпендикулярно направлению роста кристалла термообрабатывали в вакууме или в атмосфере Ar-H2 при температуре 1600 С.
В работах по исследованию изоморфизма ГСАГ были предложены следующие КПС для методов Чохральского и направленной кристаллизации соответственно: кристалл металл оксид электронный
Gd2.88Sc1.89Al3.23O12 и Gd2.88Sc1.80Al3.32O12
При этом области гомогенности состава составляли:
Gd 2.85 ч 2.93, Sc 1.67 ч 2.1, Al 3.05 ч 3.4
Параметр элементарной ячейки ГСАГ составляет aГСАГ = 12.395 Е.
Выращивание кристаллов ГСАГ проводили методом Чохральского на серийной высокочастотной установке «КРИСТАЛЛ - 603». Выращивание кристаллов ГСАГ проводили в атмосфере аргона при давлении 1,4 - 1,8 ат. Кристаллы выращивали на иридиевую проволоку или на кристаллическую затравку, ориентированную в направлении [111] с точностью до 3о. Скорость выращивания варьировали в диапазоне 2 - 4 мм/час при вращения затравки со скоростью 20 об/мин. При выращивании кристаллов ГСАГ использовали два типа конструкции теплоизоляции тигля и зоны над расплавом. В первом варианте использовали классическую конструкцию для метода Чохральского и кристалл «вмораживали» в расплав. Второй тип конструкции теплоизоляции обеспечивал изменение осевого температурного градиента над зеркалом расплава. Кристаллы ГСАГ инконгруэнтного состава Gd 2,88 Sc 0,12 [Sc 1,80 Al 0,23 ] Al 2,77 O 12 выращивали только на иридиевую проволоку с первым типом конструкции теплового узла. Полученный образец приведен на рисунке 4.
В работе были получены кристаллы ГСАГ диаметром 15 - 20 мм и длинной до 38 мм, один из образцов приведен на рисунке 6.
Рисунок 1 Кристалл гадолиний-скандий алюминиевого граната, активированный ванадием, выращенный методом Чохральского
Рис.2 Спектры поглощения кристаллов ГСАГ:V, онцентрация ванадия 1.5 1020 см-3. 1 - спектр после роста. 2 - после термообработки в восстановительной атмосфере (Ar-H2) или вакууме 1600 оС .
Спектры кристаллов ГСАГ:V представлены на рис. 2. Переходам 3T1 - 3T1(P), 3T1 - 3T2 соответствуют полосы 640 и 450 нм. А переходам 3A2 - 3T2, 3T1, 1T2 и 3T1(P) тетраэдрических ионов ванадия V3+ относятся полосы 1415, 850, 600 и 560 нм.
Таблица 1. Полосы АИГ:V3+ и ГСАГ:V3+
|
Переход |
АИГ, нм |
ГСАГ, нм |
|
|
3A23T2 (V3+ тетраэдр) |
1300 |
1420 |
|
|
3A23T1 (V3+ тетраэдр) |
820 |
850 |
|
|
3A21A2, 1T2 (V3+ тетраэдр) |
590 |
600 |
|
|
3T13T2 (V3+октаэдр) |
615 |
670 |
|
|
3T13T1 (3P) (V3+октаэдр) |
430 |
450 |
Количественная оценка положения электронных уровней октаэдрических и тетраэдрических ионов V3+ в рамках ТКП в приближении произвольного кубического поля. Без учета поправки Триса, дает удовлетворительное согласие с наблюдаемыми спектрами при следующих параметрах кристаллического поля.
Таблица 2. Параметры кристаллического поля для тетраэдрически и октаэдрически координированных ионов ванадия в кристаллах АИГ:V3+ и ГСАГ:V3+
|
Кристалл |
Октаэдр |
Тетраэдр |
|||||
|
Dq, см-1 |
B, см-1 |
C, см-1 |
Dq, см-1 |
B, см-1 |
C, см-1 |
||
|
ИАГ |
1700 |
600 |
2400 |
810 |
540 |
2100 |
|
|
ГСАГ |
1620 |
600 |
2420 |
750 |
570 |
2250 |
Из сравнения интенсивностей полос октаэдрических и тетраэдрических ионов в ИАГ и ГСАГ на рис. 3 видно, что в случае АИГ в октаэдрических позициях оказывается значительно большая доля ионов, чем в ГСАГ.
Поэтому, в последнем случае, можно выделить полосы поглощения соответствующие переходам 3A2 - 3T2, 2T1(P) октаэдрических ионов. Аналогичная ситуация наблюдается на ионах Cr4+ , при этом в ГСАГ практически все ионы Cr4+ занимают тетраэдрические позиции, в ИАГ значительная их часть остается в октаэдрах.
Рис.3 Спектры поглощения алюмо-иттриевого (АИГ:V) и гадолиний-скандий галлиевого граната ГСАГ:V.
1 - ГСАГ:V с дополнительной термообработкой в вакууме или восстановительной атмосфере , концентрация ванадия по шихте 1.5Ч1020см-3 ; 2 - АИГ:V после термообработки в Ar-H2 атмосфере, концентрация ванадия по шихте 3Ч1020см-3.
Заключение
Разработаны основы технологии выращивания методом Чохральского фототропных однофазных кристаллов ГСАГ:V.
Выращены кристаллы ГСАГ:V с коэффициентом поглощения до 2 см-1 ( л=1,54 мкм) из которых изготовлены пассивные лазерные затворы.
Основной вклад в спектр поглощения кристаллов ГСАГ:V вносят полосы принадлежащие октаэдрически и тетраэдрически координированным ионам ванадия V3+. Широкая полоса поглощения в области 1.1 -1.7 мкм принадлежит иону ванадия V3+ в тетраэдрической позиции элементарной решетки граната.
Отношение ионов ванадия V3+, занимающих тетраэдрические позиции кристаллической решетки к общему числу ионов ванадия, больше для кристаллов ГСАГ в сравнении с кристаллами АИГ
В кристаллах ГСАГ:V, необходимое для практического применения в пассивных модуляторах, поглощение может быть обеспечено при меньших концентрациях ванадия, чем для кристаллов АИГ:V.
Определены технологические приемы повышения коэффициента поглощения кристалла ГСАГ:V а также пути усовершенствования технологии выращивания кристаллов ГСАГ:V для изготовления КПЛЗ ( л=1,54 мкм.)
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Основные процессы и явления, определяющие спектры активированных лазерных сред. Принципы получения спектральных характеристик матриц на основе ионов Er3+. Экспериментальные измерения спектров поглощения и люминесценции, анализ полученных данных.
дипломная работа [634,7 K], добавлен 18.05.2016Описание структуры и параметров активированных кристаллов. Характеристики полиэдров Вороного-Дирихле. Исследование структуры и расчет параметров Джадда-Офельта для активированных кристаллов. Изучение структуры шеелитов методом пересекающихся сфер.
дипломная работа [1,1 M], добавлен 20.07.2015Успехи атомной физики, физики полупроводников и химии полимеров. Свойства жидкости с оптической осью. Классификация жидких кристаллов. Изменение направления оси в нематике под действием поля. Действие поля на оптическую ось. Правые и левые молекулы.
реферат [60,0 K], добавлен 19.04.2012Магнитооптические и оптические свойства редкоземельных гранатов - галлатов и алюминатов. Спектр оптического поглощения параматнитного граната. Поведение полевых зависимостей зеемановского расщепления линий поглощения. Анализ результатов исследования.
статья [344,3 K], добавлен 22.06.2015Общее понятие о люминесценции. Лазерные кристаллы, активированные ионами Ln3+. Соединения cемейства шеелита. Редкоземельные оптические центры. Явление комбинационного рассеяния света. Метод полиэдров Вороного-Дирихле. Главные свойства молибдатов.
курсовая работа [2,8 M], добавлен 18.07.2014Общая характеристика классического уравнения Лиувилля. Анализ особенностей вывода линеаризованного уравнения Власова. Рассмотрение полной системы линеаризованных уравнений в приближении самосогласованного поля для классического электронного газа.
курсовая работа [504,3 K], добавлен 05.04.2016Конструктивные особенности оптических резонаторов для твердотельных лазеров. Перспективы эффективного применения градиентных лазеров. Математические модели, демонстрирующие характер распределения мощности электромагнитного поля в лазерных кристаллах.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 16.07.2013Жидкие кристаллы как фазовое состояние, в которое переходят некоторые вещества при определенных условиях, их основные физические свойства и факторы, на них влияющие. История исследования, типы, использование жидких кристаллов в производстве мониторов.
контрольная работа [585,0 K], добавлен 06.12.2013Основы теории химической связи ковалентных кристаллов: теория МОЛКАO, приближение sp3-гибридизации. Элементарная теория комптон-эффекта. Приближение импульсной аппроксимации для связанных электронов. Расчет комптоновского профиля кубического нитрида бора.
курсовая работа [338,1 K], добавлен 12.04.2012Ионная природа мембранных потенциалов. Потенциал покоя, уравнение Нернста. Стационарный потенциал Гольдмана-Ходжкина. Уравнение электродиффузии ионов через мембрану в приближении однородного поля. Механизм генерации и распространения потенциала действия.
реферат [158,6 K], добавлен 16.12.2015Определение жидких кристаллов, их сущность, история открытия, свойства, особенности, классификация и направления использования. Характеристика классов термотропных жидких кристаллов. Трансляционные степени свободы колончатых фаз или "жидких нитей".
реферат [16,9 K], добавлен 28.12.2009Кристаллическое и аморфное состояния твердых тел, причины точечных и линейных дефектов. Зарождение и рост кристаллов. Искусственное получение драгоценных камней, твердые растворы и жидкие кристаллы. Оптические свойства холестерических жидких кристаллов.
реферат [1,1 M], добавлен 26.04.2010История развития представления о жидких кристаллах. Жидкие кристаллы, их виды и основные свойства. Оптическая активность жидких кристаллов и их структурные свойства. Эффект Фредерикса. Физический принцип действия устройств на ЖК. Оптический микрофон.
учебное пособие [1,1 M], добавлен 14.12.2010Структура кристаллов. Роль, предмет и задачи физики твердого тела. Кристаллические и аморфные тела. Типы кристаллических решеток. Типы связей в кристаллах. Кристаллические структуры твердых тел. Жидкие кристаллы. Дефекты кристаллов.
лекция [2,0 M], добавлен 13.03.2007Расчет энергии иона. Количественная интерпретация данных о рассеянии быстрых ионов. Метод спектроскопии обратно рассеянных ионов низких энергий. Форма энергетических спектров двухкомпонентных материалов. Спектр кремния с анатомами на поверхности.
контрольная работа [86,3 K], добавлен 14.11.2011Получение и люминесцентные свойства легированного эрбием монокристаллического кремния. Влияние дефектов и примесей на интенсивность сигнала фотолюминесценции ионно-имплантированных слоев. Безизлучательная передача возбуждений между оптическими центрами.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 06.01.2016Устройство и назначение простейшего твердотельного лазера; их изготовление из рубинов, молибдатов, гранатов. Ознакомление с оптическими свойствами кристаллов и особенностями генерации света. Определение энергетических характеристик импульсного лазера.
реферат [1,5 M], добавлен 12.10.2011Сущность и назначение процесса легирования полупроводников редкоземельными элементами, основные этапы его проведения и оценка практической эффективности. Люминесценция активированного РзЭ кубического нитрида бора и анализ полученных результатов.
реферат [17,8 K], добавлен 24.06.2010Рассмотрение истории открытия и направлений применения жидких кристаллов; их классификация на смектические, нематические и холестерические. Изучение оптических, диамагнитных, диэлектрических и акустооптических свойств жидкокристаллических веществ.
курсовая работа [968,9 K], добавлен 18.06.2012Кристаллы как твердые вещества, имеющие естественную внешнюю форму правильных симметричных многогранников, основанную на их внутренней структуре. Описание их свойств: анизотропности, однородности, способности к самоогоранении и температуры плавления.
контрольная работа [933,2 K], добавлен 06.10.2015
