Симченко С. В., Степанова Т.А., Куричка Р.В., Зыкова К.Н.

Бердянский государственный педагогический университет им. П. Д. Осипенко

Оксидные люминофоры сложного состава как перспективный материал для создания твёрдотельного лазера

Твердотельные лазеры являются одним из наиболее распространенных типов лазерных излучателей [1]. Они широко используются при построении лазерных комплексов, предназначенных для применения в научных исследованиях, в разнообразных технических устройствах, в технологических установках, военном деле, медицинских приборах. Столь значительное разнообразие применения твердотельных лазеров обусловлено возможностью широкого выбора активных сред, способных генерировать мощное световое излучение в различных спектральных диапазонах и в чрезвычайно широком временном интервале длительностей импульсов, относительной простотой, доступностью и достаточно высокой надежностью оптико-механических узлов, из которых собираются лазерные излучатели, относительно невысокой общей стоимостью [1].

По сегодняшний день остаётся актуальной проблема оптимизации оптотехнических параметров твёрдотельных лазеров.

Данная работа заключается в получении и исследовании оптических и люминесцентных свойств перспективных материалов, которые могут быть использованы в качестве активного излучающего элемента при создании твёрдотельного лазера.

Широкое распространение приобрели твёрдотельные излучатели легированные переходными элементами. Одной из наиболее перспективных легирующих примесей используемых при создании твёрдотельных люминофоров и лазерных излучателей является марганец (Mn) [2].

В работе представлены спектральные исследования образцов на основе композитных высокотемпературных оксидов (CaO)_x(P₂O₅)_y легированных марганцем.

Образцы (CaO)_x(P₂O₅)_y получали методом вакуумной плавки с добавлением марганца. Для получения лучшей однородности в процессе плавки расплав перемешивался, марганец добавлялся несколькими порциями.

На основе полученных экспериментальных данных, были выбраны оптимальные условия плавки, которые и были применены для получения и исследования свойств данных образцов.

Спектры фотолюминесценции на исследуемых образцах представлены на рис. 1.

Рис 1 Спектры фотолюминесценции оксидных стёкол на основе (CaO)_x(P₂O₅)_y легированных марганцем: а-0,5%, б-1%, в-5%, г-10%.

Для возбуждения люминесценции использовался азотный лазер ЛГН-10 с длиной волны 337 нМ. Спектральные характеристики снимались при комнатной температуре 20С постоянном напряжении и коэффициенте усиления сигнала с ФЭУ. Спектры снимались на спектральном комплексе КСВУ-12 в автоматическом режиме, сигнал фототока с ФЭУ усиливался инструментальным усилителем оригинальной конструкции [3] и регистрировался быстродействующим АЦП с одновременным отображением на экране компьютера в режиме реального времени и записью в файл данных на жёсткий диск.

Основной максимум люминесценции лежит в видимой области спектра и расположен на длине волны ~672нм.

Вопрос о природе «красных» центров свечения Mn, несмотря на многочисленные исследования красной люминесценции этого кристаллофосфора, остается все еще дискуссионным. Так, авторы [4, 5] считают, что за красную полосу ответственны двойные и тройные ассоциаты ионов Mn²⁺. Напротив, авторы [6, 7] излучение «марганцевых» центров связывают с составом координационной группы, состоящей из иона Mn²⁺ и непосредственно окружающей его группы анионов. Исходя из положения об определяющем влиянии на излучение иона Mn²⁺ окружающей его группы анионов, авторы [6, 7] идентифицируют «красные» центры с ионами Mn²⁺.

Спектральные максимумы достаточно узкие, что, по-видимому, указывает на элементарность излучающих центров. Это означает, что за данную полосу ответственны центры свечения одного типа. Можно предположить, что основная полоса излучения в соответствии с [6] обусловлена излучением парными и тройными ассоциатами ионов Mn²⁺.

Сравнительный анализ положения спектральных максимумов и интенсивности свечения показал, что добавка примеси марганца не существенно влияет на длину волны излучения, интенсивность свечения изменяется пропорционально процентному содержанию марганца в образце.

На основе имеющихся в литературе расчетов энергетического спектра иона Mn²⁺ в кристаллической решетке оксидов кальция и фосфора и полученных нами экспериментальных результатов установлена природа и построена схема оптических переходов, ответственных за люминесценцию в исследуемых кристаллах.

Литература

1. Sam's Laser FAQ - Home-Built Diode Pumped Solid State (DPSS) Laser // 1994-2009

2. Кабанский А.Е., Стыров В.В., Тюрин Ю.И. // Письма в ЖТФ. 1978. Т. 5. В. 14. С. 833–836.

3. В.В. Стыров, С.В. Симченко. // Письма в ЖТФ. 2013. том 39. вып. 13. С. 85-94.

4. G.Benesky, W.Basse, H.Gumlich and H.Moros . // Phys. Stat. sol. (b). 1987. V.142. №1. P.301-309.

5. Власенко Н.А. // Изв. АН СССР (сер. физ.). 1985. Т.49. №10. С.1909 -1929.

6. D.Thong, W.Heimbrodt, D.Hommeland, O.Goede. // Phys. Stat. sol. (a). 1984. V.81. №2. P. 695-700.

7. O.Goede and D.Thong. // Phys. stat. sol. (b). 1988. V.124. №1. P. 343-353.