Спектроскопические свойства кристаллов калий-иттриевых пентафторидов с ионами эрбия для UP(DOWN)-конверсионных люминофоров и лазерных активных сред

Abstract

Цель работы: разработка новых оптических материалов на основе кристаллов редкоземельных калиевых пентафторидов, активированных ионами эрбия, для up-конверсионных люминофоров и активных материалов для лазеров, генерирующих в области длин волн ~1.5 мкм. В работе излагаются основные результаты НИР за весь период ее выполнения. Описаны основные структурные параметры кристаллов сложных фторидов K2REF5, где RE = Y, Yb, Er, и их температурная зависимость в диапазоне T = 303 K – 773 K. Установлено, что минимальное межионное расстояние в самоактивированном образце K2ErF5 для оптически активных ионов Er3+ превышает 6 Å, что позволяет ожидать в данных матрицах слабого концентрационного тушения люминесценции и говорит о перспективности их использования в качестве люминофоров. Приводятся результаты исследования спектров оптического поглощения K2Y0.9Er0.1F5 и LiKY0.9Er0.1F5. Описана ориентировка кристалла K2Y0.9Er0.1F5 по осям главных оптических индикатрис Ng, Nm и Np. В спектрах поглощения не обнаружено свидетельств сильной анизотропии оптического поглощения. Для данных кристаллов исследованы интенсивные полосы, относящиеся к переходам, участвующим в ап-конверсионных процессах. Благодаря наличию широких полос, относящихся к переходам 4I15/2 → 4I11/2 и 4I15/2 → 4I13/2 в данных материалах возможно непрямое возбуждение ионов Er3+ излучением InGaAs диода в состояние 4I11/2 и резонансное возбуждение ионов Er3+ волоконными Er – содержащими лазерами или InP лазерными диодами в состояние 4I13/2. В работе исследованы спектры спонтанного комбинационного рассеяния кристаллов K2Y0.9Er0.1F5, K2Yи0.9Er0.1F5 и LiKY0.9Er0.1F5. Проведен групповой анализ возможных колебаний данных оптических матриц по результатам структурных исследований. Фононный спектр кристаллов LiKYF5 ограничивается наиболее высокочастотным внутренним колебанием Ag со спектральным положением 447 см-1, которое соответствует колебанию A1 в кристалле K2REF5. Несмотря на высокую плотность колебательных состояний данных кристаллов в области частот < 450 см-1, благодаря низкочастотному положению фононного спектра и слабой восприимчивости к структурным перестройкам кристаллической решетки ближайшего окружения ионов RE3+, они могут обеспечивать малые значения безызлучательного тушения люминесценции активных ионов и являются перспективной основой для разработки оптических матриц для ап-конверсионных лазеров и люминофоров. Исследованы основные спектроскопические характеристики кристаллов Er3+:LiKYF5 в рамках классической модели Джадда-Офельта. Определенные параметры Джадда-Офельта для данных матриц составляют Ω2 = 0.813, Ω4 = 1.370 и Ω6 = 0.632×10-20 см2. На основе данных параметров, в рамках модели Джадда-Офельта, были рассчитаны вероятности радиационных переходов из состояний 4I13/2 и 4I11/2, радиационные времена жизни которых составляют 12.4 мс и 31.8 мс, соответственно. Для лазерного перехода 4I13/2 → 4I15/2 пиковое значение сечения стимулированного испускания σSE достигает 0.472×10-20 см2 при 1537.4 нм. Широкие полосы сечений испускания и поглощения делает кристаллы Er:LiKYF5 перспективными лазерными материалами для лазеров, работающих в ближней ИК области, а также как ап-конверсионные среды, благодаря возможным ап-конверсионным процессам.