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

Бердянский государственный педагогический университет им. П. Д. Осипенко

Люминесцентные свойства оксидных стёкол на основе щёлочноземельных металлов легированных марганцем

В последнее время значительный научный и практический интерес к люминесцирующим оксидам на основе щёлочноземельных металлов вызван с возможностью получения на их основе высокопродуктивных люминофоров и созданием твёрдотельных лазеров с ламповой накачкой [1]. Оксиды CaO и BaO обладают хорошими механическими свойствами, тугоплавкие и технологично просты в получении. Зачастую они используются в качестве доступных и удобныхмодельных матриц для дальнейшего химического модифицирования [2]. Также CaO и BaO активно используются при создании других активных и пассивных оптическихприборов и светоизлучающих в видимой области люминесцентных устройств.

Исследования фотоиндуцированных процессов в таких системах является весьма актуальным и направлено на более глубокое понимание механизмов и явлений происходящих на поверхности и в объёме данных систем.

В настоящей работе рассмотрено влияние легирующей примеси марганца Mn на люминесцентные свойства стёкол сложного состава (CaO)_x(P₂O₅)_y и (BaO)_x(P₂O₅)_y.

Образцы (CaO)_x(P₂O₅)_y и (BaO)_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 рисунке 1.

Для возбуждения люминесценции использовался азотный лазер ЛГН-10 с длиной волны 337 нМ. Спектральные характеристики снимались при комнатной температуре 20^оС 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 для обоих соединений лежит в видимой области спектра и расположен на длине волны ~672нм.

Рис 1. Спектры фотолюминесценции оксидных стёкол на основе (CaO)_x(P₂O₅)_y и (BaO)_x(P₂O₅)_y легированных марганцем а-1%, б-10%. Барий оксид синий

Как видно из графиков для обоих соединений введение легирующей добавки марганца приводит к возникновению одинаковой полосы излучения, что свидетельствует о активационных свойствах Mn.

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⁺.

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⁺.

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

Литература

1. Б.Н. Борисов, В.К. Демкин, В.М. Дунин, М.И. Крымский и др. // Лазерно-оптические системы и технологии. Сборник статей. 2009. С. 8-17.

2. Химия привитых поверхностных соединений / под ред. Г. В. Лисичкина. — М. :Физматлит, 2003. — 592 с.

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

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

5. ВласенкоН.А. // Изв. АНСССР (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.