Радіаційно- і термоіндуковані оптичні властивості кристалів YAlO3 та LiNbO3

Проведені дослідження залежності величини ДП, індукованого g-опроміненням, від температури пострадіаційного відпалу показують, що інтенсивне руйнування ДП відбувається при температурах 300-400 К та 550-650 К. При цьому температурні кінетики руйнування ДП в областях 48000-36000 см-1 та 27000-16000 см-1 є подібними, тоді як кінетика руйнування ДП в області 36000-27000 см-1 відрізняється від попередніх двох і починаючи з 380 К має чітко виражений антисиметричний характер, що вказує на взаємодію (обмін зарядами) між дефектними центрами, що поглинають в даних спектральних областях.

В результаті опромінення кристалів ІАП світлом Ar+-лазера з довжиною хвилі 351 нм (28500 см-1) поряд з появою ДП в областях 48000-36000 см-1 та 27000-16000 см-1 спостерігається просвітлення кристалів в околі 30000 см-1. Порівнюючи спектр ДП після опромінення Ar+-лазером (рис. 2, крива 1) із спектром фотоіндукованої зміни інтенсивності сигналу ЕПР домішкових іонів Fe3+, наведеному в роботі 6 (рис. 2, крива 4), яскраво видно їх антисиметричний характер.

На основі представлених даних, результатів дослідження впливу термічних обробок та іонізуючого випромінювання на фотопровідність кристалів, а також аналізу літературних даних можна стверджувати, що просвітлення в околі 30000 см-1, спричинене лазерною засвіткою, принаймні частково пов'язане з фотоіонізацією іонів Fe2+ (Fe2+®Fe3++e-). В результаті цього процесу збільшується концентрація іонів Fe3+, що проявляється у рості поглинання в області 48000-36000 см-1, яке пов'язується з процесами переносу заряду О2-®Fe3+. Електрони, звільнені в процесі іонізації іонів Fe2+ захоплюються кисневими вакансіями, в результаті чого утворюються F-центри. Фотоіонізації F-центрів відповідають смуги поглинання в області 27000-16000 см-1.

В результаті засвітки кристалів ІАП в область 36000-27000 см-1, внаслідок якої відбувається фотоіонізація іонів Fe2+, спостерігається рекомбінаційна люмінесценція в області 26000-17000 см-1. Дана люмінесценція пов'язується з електронними центрами F-типу.

Крім стабільних ЦЗ, описаних вище, під дією імпульсів Ar+-лазера в спектрах поглинання кристалів ІАП проявляються також короткоживучі при кімнатній температурі ЦЗ (КЦЗ).

Виникнення короткоживучого поглинання з максимумом в околі 15000 см-1 супроводжується короткоживучим просвітленням кристалу в області >20000 см-1, що прилягає до спектральної області дії лазера (рис. 3). Часові кінетики руйнування поглинання в околі 15000 см-1 та просвітлення в околі 22000 см-1 мають ідентичний характер, що вказує на те, що зміни поглинання у вказаних областях відбуваються внаслідок одного процесу. Співставлення спектру короткоживучих змін поглинання при кімнатній температурі (рис. 3) із спектром ДП, індукованого лазерним випромінюванням при 77 К (рис. 2), вказує на те, що причиною виникнення КЦЗ є іонізація дефектів, що поглинають в області 36000-27000 см-1. Наявність смуги в околі 15000 см-1 в спектрі ДП кристалу при 77 К свідчить про те, що КЦЗ є стабільними при низьких температурах.

Проведені дослідження термолюмінесцентних властивостей кристалів ІАП в діапазоні температур 10-320 К показують, що в усіх досліджуваних кристалах присутні точкові дефекти (центри захоплення), яким відповідають піки термостимульованого свічення (ТС) з максимумами при 175, 195, 205 та 255 К. Визначені енергії термічної активації цих центрів захоплення (таблиця 1) дозволяють пов'язати спостережувані піки ТС з короткоживучим при кімнатній температурі поглинанням в околі 15000 см-1.

 

Таблиця 1.

Познач. піку ТС Тmax, К EТ, еВ

C 175 0, 48±0, 06

D 195 0, 55±0, 03

E 205 0, 68±0, 03

F 255 0, 80±0, 05

 

Показано, що спектри термолюмінесценції кристалів ІАП-Tm відповідають спектрам люмінесценції іонів Tm3+, що вказує на наявність взаємодії між іонами активатора та точковими дефектами кристалу.

Короткоживуче поглинання кристалів ІАП в околі 15000 см-1 пов'язується з електронними F+-центрами. Не виключена також можливість того, що вклад в короткоживуче поглинання вносять автолокалізовані діркові центри О-.

Четвертий розділ містить результати дослідженнь кристалів ІАП, легованих іонами Mn, які включають в себе дослідження оптичного поглинання та люмінесценції кристалів, радіаційно- і термоіндукованих змін оптичного поглинання кристалів, процесу температурного відпалу індукованого поглинання, а також термолюмінесценції кристалів ІАП-Mn.

Оптичні дослідження показують, що у свіжовирощених кристалах ІАП-Mn іони марганцю присутні у вигляді Mn4+ (3d3), що займають структурні позиції Al3+. Іонам Mn4+ (перехід 4А2®4Т2) відповідає широка смуга поглинання у видимій області з максимумом в околі 20700 см-1 (рис. 4). Зарядова компенсація іонів Mn4+ може відбуватися за рахунок іонів Mn2+, а також можливих власних дефектів матриці. Наявність іонів Mn2+, що займають структурні позиції Y3+, та іонів Mn4+ в усіх досліджуваних кристалах ІАП, легованих марганцем, була підтверджена даними ЕПР спектроскопії.

В спектрі люмінесценції іонів Mn4+ поряд з широкою електронно-коливною смугою люмінесценції в області 15000-13800 см-1 при низьких температурах виявлені R-лінії (14465 та 14435 см-1).

При опроміненні кристалів ІАП-Mn світлом Ar+-лазера (l=488 нм), що попадає в область внутрішньоцентрового поглинання іонів Mn4+, чи g-квантами спостерігається інтенсивне забарвлення кристалу в темно-сірий колір за рахунок виникнення складної смуги ДП в області 20000-10000 см-1 (рис. 4). Саме цей фотохромний ефект лежать в основі можливого практичного застосування даних кристалів для оптичного запису інформації чи обмеження інтенсивності оптичного випромінювання. Причому в досліджуваному кристалі ІАП-Mn (0, 05%) на відміну від ІАП-Mn