Радіаційно- і термоіндуковані оптичні властивості кристалів YAlO3 та LiNbO3

В кристалах НЛ-Cu іони міді присутні у станах Cu2+ та Cu+. Іонам Cu+ відповідає інтенсивна смуга поглинання з максимумом в околі 25000 см-1, яка зумовлена міжвалентним переходом Cu+®Nb5+. Іонам Cu2+ відповідає поглинання в області 12000-8000 см-1, спричинене внутрішньоцентровими переходами в іоні Cu2+. Показано, що в результаті g-опромінення кристалів НЛ-Cu поряд з перезарядкою власних точкових дефектів матриці відбувається перезарядка іонів міді за схемою Cu2++e-®Cu+. В результаті наступного відпалу на повітрі g-опромінених кристалів відбувається перезарядка іонів міді в оберненому напрямку.

 

1. Проведене комплексне дослідження природи ростового та індукованого забарвлення кристалів ІАП та ІАП, легованих іонами РЗЕ. Показано, що ростове забарвлення свіжовирощених кристалів ІАП зумовлене як відхиленням складу кристалу від стехіометричного (R=Y2O3/Al2O3>1), так і наявністю неконтрольованих домішкових іонів групи заліза та неізовалентних іонів при концентраціях 10-3-10-2 ваг. %.

2. Під дією зовнішніх впливів (температурна обробка, опромінення УФ світлом, g-квантами, електронами та нейтронами) в кристалах ІАП та НЛ відбувається перезарядка ростових дефектів, що присутні в кристалах. При нейтронному опроміненні ефективне утворення радіаційних дефектів зміщення головним чином в кисневій підгратці відбувається при флюенсах опромінення >1017 см-2.

3. Показано, що область стабільного поглинання 48000-16000 см-1, індукованого в кристалах ІАП зовнішніми впливами, можна умовно розділити на три області: 48000-36000 см-1, 36000-27000 см-1 та 27000-16000 см-1. Поглинання в області 48000-36000 см-1 пов'язується з процесами переносу заряду О2-®Fe3+. Поглинання в області 36000-27000 см-1 пов'язується з фотоіонізацією іонів Fe2+ а також з поглинанням комплексних центрів [Me2+О-] (Ме=Ca, Mg). Поглинання в області 27000-16000 см-1 пов'язується з фотоіонізацією F-центрів.

4. Досліджено роль домішкових іонів в процесах утворення ростового та індукованого забарвлення кристалів ІАП. Показано, що іони РЗЕ не відіграють відчутної ролі в процесах забарвлення кристалів ІАП. В кристалах, легованих цими іонами, спостерігаються ті ж самі ростові та індуковані ЦЗ, що є характерними для кристалу ІАП. Іони перехідних металів із змінною валентністю (Fe, Cr та Mn), приймаючи участь в процесах перезарядки під дією зовнішніх впливів, відіграють значну роль в процесах забарвлення кристалів. Іони Сe суттєво зменшують поглинання, індуковане зовнішніми впливами. Двохвалентні домішкові іони із стабільною валентністю (Ca, Mg) суттєво впливають на дефектну підсистему кристалу шляхом утворення нових ростових ЦЗ (зокрема центрів [Me2+О-]), які також можуть приймати участь в процесах перезарядки під дією зовнішніх впливів.

5. Досліджено короткоживуче при кімнатній температурі поглинання кристалів ІАП з максимумом в околі 15000 см-1. Показано, що причиною виникнення короткоживучого поглинання є іонізація точкових дефектів, що поглинають в області 36000-27000 см-1. Передбачається, що за короткоживуче поглинання в околі 15000 см-1 відповідальні як електронні F+-центри, так і автолокалізовані дірки (центри О-). Визначені енергії термічної активації короткоживучих центрів в кристалі ІАП, які руйнуються в діапазоні температур 10-340 К.

6. Встановлено механізми перезарядки іонів марганцю, що відповідальні за фотохромні властивості кристалів ІАП-Mn. Показано, що під дією зовнішніх впливів (іонізуюче опромінення та відпал опроміненого кристалу) відбувається перезарядка іонів марганцю за схемами:   та  + “ + . Під дією опромінення дані реакції відбуваються зліва на право, а в результаті відпалу опроміненого кристалу реакції відбуваються в оберненому напрямку. Визначені енергії термічної активації процесів F®VO+2e- та  ® +e- в кристалах ІАП-Mn.

7. Досліджено роль домішкових іонів в процесах забарвлення кристалів НЛ під дією зовнішніх впливів. Показано, що іони РЗЕ сприяють збільшенню величини індукованого поглинання в області 30000-15000 см-1 за рахунок збільшення концентрації ЦЗ, характерних для кристалу НЛ. Легування магнієм значно зменшує індуковане поглинання в області 30000-17000 см-1 як в номінально чистих кристалах НЛ, так і в кристалах, легованих іонами РЗЕ. На прикладі кристалів НЛ-Cu показано, що домішкові іони перехідних металів, приймаючи участь в процесах перезарядки під дією зовнішніх впливів, суттєво впливають на процеси забарвлення кристалів НЛ.

 

[1] Kaminskii A. A. Crystalline Lasers: Physical Processes and Operating Scheme. Boca Raton, 1996.

[2] Elder I. F., Payne M. J. P. YAP versus YAG as a diode-pumped host for thulium // Optics Communic. -1998. -Vol. 148. -P. 265-269.

[3] Loutts G. B., Warren M., Taylor L., Rakhimov R. R., Ries H. R., Miller G., Noginov M. A., Curley M., Noginova N., Kukhtarev N., Caulfield H. J., Venkateswarlu P. Manganese-doped yttrium orthoaluminate: A potential material for holographic recording and data storage // Physical Review B. -1998. -Vol. 57, No. 7. -P. 3706-3709.

[4] Пат. US 6, 243, 219 B1 (США). Laser light optical limiter / R. L. Hutcheson, R. W. Equall; Scientific Materials Corporation, Bozeman, MT (US). Заявл. 29. 06. 1999; Опубл. 05. 06. 2001.

[5] Li R., Xie Ch., Wang J., Liang X., Peng K., Xu G. CW Nd: MgO: LiNbO3 self-frequency-doubling laser at room temperature // IEEE J. Quantum Electron. -1993. -Vol. 29, No. 9. -P. 2419-2420.

[6] Аккерман В. А., Булка Г. Р., Вайнштейн Д. И., Винокуров В. М., Винокурова В. В., Галеев А. А., Гармаш В. М., Ермаков Г. А., Маркелов А. А., Низамутдинов Н. М., Хасанова Н. М. Термо- и фотостимулированная перезарядка примесных ионов и