Спектроскопические и ап-конверсионные свойства фторгафнатных и фторцирконатных оптических стекломатериалов и монокристаллов боратов и молибдатов, активированных редкоземельными ионами, для люминофоров и лазеров видимой области спектра

Abstract

Цель работы: разработка новых оптических материалов на основе кристаллов сложных редкоземельных оксидов, активированных ионами тербия, и фторидных стекол, активированных ионами иттербия и эрбия для люминофоров и лазеров, генерирующих излучение видимой области спектра. Приводятся результаты исследования спектров оптического поглощения новых фторцирконатных стекол, активированных ионами эрбия и иттербия, а также монокристалла Tb3+:YAl3(BO3)4 в УФ, видимом и ближнем ИК спектральном диапазоне. Для кристалла иттрий-алюминиевого бората пиковое значение поперечного сечения поглощения 3,3×10-21 см2 приходится на длину волны 484,7 нм (для состояния поляризации) перехода , используемого для накачки тербиевых лазеров. Экспериментально определено энергетическое положение возбужденной конфигурации 4f75d1 с энергией около 37380 см-1. На основании скорректированных спектров люминесценции для кристалла Tb3+:YAl3(BO3)4 и значения излучательного времени жизни уровня 5D4 определены коэффициенты ветвления люминесценции и спектры сечения стимулированного испускания. В результате исследования спектров оптического поглощения фторгафнатных стекол, активированных Er и Yb, было установлено, что замещение фторида циркония на тетрафторид гафния, обладающим более низкофононным спектром, споспособствовует расширению области прозрачности матрицы, в результате смещения коротковолнового края поглощения. Пиковое значение коэффициента поглощения на длине волны 200 нм во фторгафниевом стекле HBLAN не превышет 10 см-1. Пиковые значения сечений оптического поглощения несущественно откланяются от значений, полученных для фторцирконатных стекол ZBLAN. Определены вероятности и силы осцилляторов оптических переходов в спектрах поглощения и люминессценции ионов тербия в кристалле тройного иттрий-алюминиевого бората. В результате исследования спектров спонтанного комбинационного рассеяния света фторгафнатных стекол было выявлено, что замещение ионов циркония на ионы гафния во фторцирконатных стеклах приводит к уменьшению частот в фононном спектре матрицы. Установлено, что в стеклах присутствует остаточная кристаллическая фаза тетрафторидов гафния и циркония, определяющая фононный спектр образцов. Определены абсорбционные свойства кристалла Pr3+:SrMoO4 в видимом спектральном диапазоне, для которого рассчитаны силы осцилляторов. Были исследованы спектрально-люминесцентные свойства фторидных стекол, активированных ионами эрбия, определены цветовые характеристики возбуждаемой люминесценции. Время затухания красной люминесценции при малом содержании ErF3 ~ 0.5 мол. % составляет 370 мкс, и сокращается при увеличении концентрации, а сама кривая затухания имеет выраженный участок разгорания, что объясняет механизм возбуждения этой люминесценции за счет заселения состояния соответствующим процессом кросс-релаксации. Исследован механизмы и ап-конверсии и цветовые характеристики ап-конверсионной люминесценции фторцирконатных и фторгафнатных стекол с ионами эрбия и иттербия. Данные стекла могут оказаться перспективными люминофорами и лазерными материалами зеленой области, поскольку обеспечивают интенсивную люминесценцию, в том числе ап-конверсионную, и низкие вероятности многофононной релаксации.