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

Бердянский государственный педагогический университет им. П. Д. Осипенко

Влияние примесей марганца на люминесцентные свойства оксидных стёкол

В данной работе были получены образцы на основе оксидных стёкол сложного состава и изучены люминесцентные свойства композитных оксидных стёкол (CaO)_x(P₂O₅)_y с легирующей добавкой марганца. Установлено влияние процентного соотношения марганца на интенсивность излучения и длину волны люминесценции.

Образцы изготовлены по заказу на ленинградском заводе оптических стёкол. Образцы (CaO)_x(P₂O₅)_yполучали 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 ибыли применены для получения и исследования свойств данных образцов.

Были изучены спектры фотолюминесценции, которые 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 [1]и регистрировался быстродействующим АЦП с одновременным отображением на экране компьютера в режиме реального времени и записью в файл данных на жёсткий диск.

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

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 [2, 3] считают, что за красную полосу ответственны двойные и тройные ассоциаты ионов Mn²⁺. Напротив, авторы [4, 5] 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 [4, 5] 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 [4] 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 (рис 2).

Рис 2. Зависимость интенсивности свечения от концентрации легирующей примеси.

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

Литература

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

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

3. ВласенкоН.А. // Изв. АНСССР (сер.физ.). 1985. Т.49. №10. С.1909 -1929.

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

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