книги / Многоуровневые функциональные схемы кристаллических лазеров
..pdf(S, L , J) |
( S ' , L \ |
J') |
Et C M - 1 |
2 |
t= 4 |
|
|
3H5 |
19 700 |
0 |
0,0011 |
0,0185 |
|
|
3H , |
22 250 |
0,1240 |
0,0116 |
0,2266 |
|
|
3 / / o |
27 800 |
0 |
0,3079 |
0,0926 |
|
|
3F2 |
6100 |
0,0060 |
0,0717 |
0,0417 |
|
|
3Fз |
6 700 |
0,0105 |
0,0733 |
0,3056 |
|
|
3F, |
8 500 |
0,0034 |
0,0194 |
0,0718 |
|
|
Зи ъ |
12 950 |
0,0738 |
0,0059 |
0,5423 |
|
|
3//4 |
15500 |
0,1583 |
0,0042 |
0,3783 |
|
3F 2 |
3/ / G |
21050 |
0,0481 |
0,0752 |
0,0119 |
|
*F* |
650 |
0,004 |
0,075 |
0 |
||
|
°F, |
2450 |
0,311 |
0,056 |
0,044 |
|
|
3Ih |
6 900 |
0 |
0,29 |
0,583 |
|
|
4h |
9400 |
0,287 |
0,163 |
0,074 |
|
3F3 |
3 / / c |
15000 |
0 |
0,0005 |
0,258 |
|
3F< |
1800 |
0,002 |
0,0005 |
0,167 |
||
|
3НЪ |
6 250 |
0,629 |
0,347 |
0 |
|
|
41, |
8 750 |
0,081 |
0,344 |
0,264 |
|
3F, |
3HCl |
14 350 |
0 |
0,316 |
0,841 |
|
3Я |
5 |
4 450 |
0,089 |
0,125 |
0,905 |
|
|
4 h |
6 950 |
0,129 |
0,133 |
0,213 |
|
4 h |
*Ih |
12 550 |
0,527 |
0,718 |
0,228 |
|
3fh |
2 500 |
0,011 |
0,48 |
0,004 |
||
3H, |
3fh |
8100 |
0,107 |
0,231 |
0,638 |
|
3fh |
5 600 |
0,249 |
0,118 |
0,608 |
матрице (например, для иона Pm3+ 119)) нлп когда число наблюдаемых межмультиплетпых переходов было недостаточно для определения Qt (например, для иона Yb3+ [20]).
Изложенная выше процедура вычисления Q(, хотя и широко используется для спектроскопической характеризации активированных кристаллов, однако обладает тем недостатком, что переходы разной интенсивности включаются в расчет с разным весом (тем большим, чем выше интенсивность) в определении условия минимального 8s. В результате у исследователей, оперирующих с раз ными массивами s, получаются отличающиеся наборы параметров Q(, дающих хорошее согласие с экспериментом. Один из возможных подходов к устранению указанного недостатка содерлштся в [21].
3.3.Магнитодипольные переходы Ьп3+-ионов
Магнитодипольные |
переходы |
подчиняются следующим правилам отбора: |
|
М = 0 , |
AL = 0, |
|
|
AS = 0, |
| А / |
| < 1 (0 |
0), |
из которых следует, что они разрешены между состояниями одной четности. Сила линии mrf-перехода определяется выражением
$ $ “ (■- S k i! I |
IIL + 2SIIч К 1 '> Is- |
<зл> |
Для расчета матричных элементов оператора md-момента L -+■ 2S между мультиплетами ^-^-конфигурации Ьп3+-ионов в [61 приведены соответствующие фор мулы.
Сила осцилляторов md-перехода между мультиплетами Ьп^-ионов
- „ ,Л ‘ |
7 I <УИ/ и ■L + 2SII 4/" 7'> I* |
(3-8> |
6тс (2/ + |
1) А |
|
Таблица 3.10. Параметры интенсивности Q, генерирующих стимулированное излучение ионов Ln*+ в кристаллах (10~20 см2)
Кристалл |
|
П3 |
|
|
|
Литература |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Ионы Рг3+ |
|
|
|
|
LiYF4 |
|
0 |
8,07 |
|
7,32 |
[22] |
|
BaYb2F8 |
|
1,5 |
8,7 |
|
5.9 |
[23] |
|
LaF3 |
|
0,12 |
1,77 |
|
4,78 |
[24] |
|
|
|
0,13 |
0,70 |
|
10,00 |
[29' |
|
LiPrPtOi2 |
|
1,08 |
2,01 |
|
4,53 |
[30] |
|
|
1,82 |
2,83 |
|
6,54 |
12 |
|
|
YAlOj |
|
2,00 |
6,00 |
|
7,00 |
'25 |
|
PrPsOn |
|
46,00 |
28,00 |
|
20,00 |
'26 |
|
|
1,34 |
1,19 |
|
6,09 |
'73 |
|
|
|
|
|
Ионы Nd3+ |
|
|
|
|
LiYFt |
|
1,9 |
2,7 |
|
5,0 |
[27] |
|
LaF, |
|
0,12 |
1,95 |
|
12,3 |
Г28 |
|
|
0,35 |
2,57 |
|
2,50 |
' 24] |
||
BaFt-CeF3 |
|
0,94 |
2,3 |
|
2,49 |
[30] |
|
|
0,43 |
1,32 |
|
4,5 |
[31 |
||
BaFj-LuFj |
|
0,67 |
5,25 |
|
4,58 |
[31 |
|
GdFs—CaF2 |
|
0,59 |
2,46 |
|
2,91 |
32 |
|
LiNdPtOis |
|
1,35 |
2,33 |
|
4,27 |
79' |
|
KNdPtO,2 |
|
1,38 |
3,04 |
|
4,05 |
з з : |
|
CaY2Mg2Ge3Oi2 |
|
1,31 |
3,11 |
|
5,57 |
91 |
|
|
0,93 |
3,61 |
|
4,41 |
80' |
||
Y20 , |
|
8,55 |
2,94 |
|
2,89 |
24' |
|
YAlOj |
|
1,24 |
4,68 |
|
5,85 |
34' |
|
YsAlsOi2 |
|
0,2 |
2,7 |
|
5,0 |
[18] |
|
|
|
0,37 |
2,29 |
|
5,97 |
31 |
|
Y*SiOs |
|
1,0 |
2,9 |
|
9,3 |
'28 |
|
|
0,67 |
6,19 |
|
2,71 |
35' |
||
YVOt |
|
5,88 |
4,08 |
|
5,11 |
36' |
|
BaGd(MoOt)t |
|
6,00 |
8,0 |
|
4,0 |
37 |
|
LajBejOi |
|
2,11 |
4,39 |
|
6,04 |
[80 |
|
GdsGa3Oi* |
|
0,0 |
3,3 |
|
3,7 |
27 |
|
|
|
0,05 |
3,25 |
|
3,66 |
[80 |
|
GdGaGe20 7 |
|
0,02 |
6,7 |
|
6,7 |
[90] |
|
|
0,907 |
2,773 |
|
5,981 |
[38] |
||
Gd*(MoO,)s |
|
4,22 |
2,57 |
|
2,35 |
[90] |
|
GdjSczGasOi2 |
|
0,35 |
2,35 |
|
3,23 |
[39] |
|
NdPsOu |
|
0,53 |
2,80 |
|
3,69 |
'79' |
|
L113SC2AI3O12 |
|
0,22 |
3,07 |
|
5,27 |
31 |
|
Ca2Ga2Si07 |
|
0,82 |
2,41 |
|
6,44 |
[40] |
|
Ca3GazGetOi4 |
|
1,88 |
3,65 |
|
5,65 |
[41] |
|
Csj (Nb. Ga) 2Ga«Oi2 |
|
1,91 |
2,59 |
|
3,74 |
[42 |
|
SrjGa2GeiO« |
|
2,32 |
1,63 |
|
4,74 |
41 |
|
Zr02- Y 20 , |
|
0,23 |
1,20 |
|
1,36 |
[31 |
] |
LaMgAliiOij |
|
6.55 |
2,31 |
|
3,82 |
43 |
|
7La*03 —9Si02 |
|
1.27 |
3,99 |
|
3,06 |
35 |
' |
La»GabSiOn |
|
2,4 |
4,6 |
|
3,4 |
'44 |
' |
La3Gas.3Nbo.3O14 |
|
2,8 |
3,2 |
|
4,6 |
'45 |
|
LasGas.iTao.jOu |
|
2,65 |
2,85 |
|
3,72 |
[46 |
' |
LatOiS |
|
6,32 |
4,55 |
|
4,42 |
'47 |
|
|
|
|
Поны Eu3+ |
|
|
|
|
Y»Oj |
1 |
9,86 |
2,23 |
I |
0,32 |
[48 |
] |
|
1 |
6,3 |
0,7 |
1 |
0,5 |
[ 27 |
] |
К ристалл |
Q2 |
Gfl |
Л итература |
|
|
Ионы Dy3+
B aY b 2F 8 |
0,06 |
2,3 |
1,2 |
'23 |
LaFa |
1,10 |
1,40 |
0,9 |
49 |
|
0/18 |
0,69 |
i,i6 |
30l |
Ионы Ho3+
L iY F t |
1,16 |
1,62 |
|
1,60 |
[50 |
Si^YsFig |
1,14 |
1,71 |
|
1,21 |
51 |
1,16 |
1,97 |
|
1,45 |
92 |
|
НаУгЬв |
0,93 |
1,75 |
|
1,94 |
51 |
B aY b2F 8 |
0,39 |
2,3 |
|
1,3 |
23 |
YAlOa |
1,82 |
2,38 |
|
1,53 |
15: |
Y3AI5O12 |
1,2 |
5,29 |
|
1,48 |
21 |
|
|
Ионы Ег3+ |
|
|
|
L iY F 4 |
1,92 |
0,26 |
|
1,96 |
[52' |
|
2,53 |
0,36 |
|
2,03 |
53 |
B aY 2F g |
0,42 |
1,28 |
|
1,10 |
Г51 |
ВаЕггГв |
0,43 |
1,21 |
|
1,1 |
Г541 |
BaYb2F8 |
1,07 |
0,4 |
|
0,94 |
[56] |
|
1,5 |
1,2 |
|
0,99 |
23 |
|
1,08 |
0,38 |
|
0,98 |
Г551 |
LaF3 |
1,07 |
0,28 |
|
0,83 |
[9] |
|
0,37 |
0,51 |
|
0,8 |
30] |
S rF ,-E v F j |
1,24 |
2,01 |
|
1,34 |
57 |
Zr0 2- Y 20 3 |
2,92 |
0,78 |
|
0.57 |
89 |
YAIO3 |
1,06 |
2,63 |
|
0,78 |
[34 |
Y 3A l50i2 |
0,66 |
0,81 |
|
0,71 |
21 |
|
0,45 |
0,98 |
|
0,62 |
58 |
|
0,47 |
0,96 |
|
0,61 |
'58 |
LU3AUOI2 |
0,454 |
0,971 |
|
0,625 |
’56] |
0,46 |
1,06 |
|
0,72 |
'58] |
|
|
0,47 |
1,04 |
|
0,7 |
58] |
B i4Ge30 i2 |
0,473 |
1,014 |
|
0,729 |
56] |
1,64 |
0,51 |
|
0,20 |
59 |
|
|
1,66 |
0,46 |
|
0,21 |
59] |
|
|
Ионы Tin3+ |
|
|
|
BaYbzFg |
1,2 |
|
|
1.2 |
'23] |
YAlOs |
0,67 |
|
|
) <4 |
'34 |
|
0,708 |
12 |
|
1./53 |
’66’ |
Y3AI5O1!! |
0,7 |
j |
) , |
'27 |
|
|
0,89 |
m |
0,68 |
’21 |
|
|
0,90 |
0,70 |
|
0,85 |
21] |
была вычислена в [60]. Некоторые ив этих результатов, касающихся Ln3+-ак тиваторов, на межмультиплетных переходах которых возбуждается СИ, при
ведены в табл. 3.11. |
Несмотря на то, что |
< A vjy , в некоторых случаях |
темпервходы могут |
дать заметный вклад в суммарную вероятность A JJ (см. |
формулу (1.4)) ивлучательного /-> -7 ' канала. Здесь в качестве примера можно
указать на генерационные межмультиплетные переходы: |
bDt -+■ 7Flt% |
ионов |
||
Еи8+ [61], Ча 6/ 7 |
и */, |
6/ 8 ионов Но3+ [62], </мА |
«/»,. и Чч , |
*/»,.> |
ионов Ег3+ [9] и др. |
(см. также [48]). |
|
|
Таблица 3.11. Силы осцилляторов т^-пороходов с основного (S, L, ^-мультинлстив
«лазерных» Ln3+-nouou [СО]
Lll*+-1I0H |
(S'. I/, J') |
Е, СМ-1 |
|
Ln3+-non |
(S', и , |
J') |
Е, см- 1 |
,m d |
|
|
f j j *10® |
||||||||
р гз+ |
з я |
5 |
2 320 |
9,76 |
|
|
|
3 500 |
|
|
|
|
6 540 |
0,02 |
Dy3+ |
“И * , . |
22,68 |
||
|
*64 |
6 970 |
0,49 |
|
Ч к , |
* |
22 300 |
5,95 |
|
|
9 880 |
0,25 |
|
п !г |
|
26 000 |
0,41 |
||
Nd3+ |
4 /”/« |
2 000 |
14,11 |
|
* 1 » , . |
|
|||
|
12 700 |
1,12 |
|
|
|
26 360 |
0,09 |
||
|
ш |
9/1 |
|
|
|
||||
|
|
|
14 850 |
0,20 |
|
? М ,Ч )аи |
29 200 |
0,69 |
|
|
»G,, |
17 300 |
0,02 |
Но3+ |
ч - |
|
5100 |
29,47 |
|
|
2.Г |
7* |
28 600 |
0,05 |
|
3К 6 |
|
21 300 |
6,39 |
|
|
|
Ч ( 7 |
|
26 100 |
0,28 |
|||
|
I u h |
|
|
|
|
||||
Eu3+ |
~ F \ |
350 |
17,73 |
Егз+ |
47«/„ |
29 000 |
0,12 |
||
|
|
|
19000 |
1,62 |
6 600 |
30,82 |
|||
|
|
|
33 400 |
2,16 |
|
|
|
27 800 |
3,69 |
Т Ь 3+ |
• F , |
2100 |
12,11 |
|
|
|
|||
Тш3+ |
зя 5 |
|
8 400 |
27,25 |
|||||
|
SGB |
26 400 |
5,03 |
|
|||||
|
BGS |
27 800 |
0,36 |
Yb3+ |
ч . |
|
34 900 |
1,40 |
|
|
* L 6 |
29550 |
0,14 |
гЧ |
|
10 400 |
17,76 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.4. Параметры спектроскопического качества лазерных кристаллов с Ьп3+-активаторами
Определив описанными выше методами силы линий sfy и SJJ-, легко по (1.4) вычислить вероятность A JJ>исследуемых межмультиплетных / /' переходов и по (1.2) связанные с ними коэффициенты (5J J >, т. е. получить необходимые сведения об интенсивности люминесценции данного активированного кристал
ла в соответствующих участках спектра. Метод определения SJJ> связан с про ведением, особенно для анизотропных соединений, трудоемких измерений ин тегральных коэффициентов поглощения, которые базируются на знании абсо лютной концентрации Ьп3+-активатора.
Обширный материал, накопленный при изучении лазерных кристаллов с Ьп3+-ионами [63—66], позволил выявить важные закономерности в поведении
их спектроскопических свойств от параметров |
и на основе этой связи разра |
|
ботать |
простые методики определения коэффициентов fyjy [31, 58, 67—71]. |
|
3.4.1. |
Параметр спектроскопического качества |
|
|
для кристаллов с ионами Nd3+ |
0 |
|
|
Ионы Nd3+, как уже неоднократно отмечалось выше, наиболее используемы_ активаторы в лазерных кристаллах (см. табл. 1.1, 1.3, 1.5, 1.6 и 1.9). Они об_ ладают свойствами [63—66], которые без особых затруднений позволяют воз
буждать СИ при 300 К на переходах |
основного *F»/t — Чп/г и дополнительного |
*Ftjt —^ 4/ I>/4 генерационных каналов |
(см. табл. 1.10). |
Анализ, проведенный в работах |
[31, 67], показал, что вероятности AJJ> |
для каналов люминесценции *F*/t -*~ Ч у зависят главным образом от Q4 и |
так как матричный элемент <|| СЛ2>||> для переходов |
между этими мультиплета- |
|||
ми равен нулю (| Д / | |
2, |
см. также |
табл. 3.2). |
Тогда коэффициенты |
можно представить в |
виде |
зависимости |
от одного параметра — отношения |
|
XNd № ,) = QJQt . |
|
|
|
(3.9) |
Оно в [31, 67] было названо параметром спектроскопического качества крис
Рие. 3.1. Заипашости PJJr (X ) н упрощенная схема люминесцентных
каналов попов Nda+ [67]
Для 1ь/п (Л’) шкала ординат увеличена в десять раз. Длина волны межмультиплетных переходов приведена в микрометрах
таллов с нонами Nd3+. Подставляя (1.4) в (1.2), можно получить аналитические зависимости
13jj' (Xuci) = |
+ bj') Ljj- |
(3.10) |
|
+ by) kjj, |
|||
2 |
|
Г
где константы aj и bj равны
<*r = I Cfy. II */(4)II 4 Г > 18
И
Ъг = |< 4л /вц им и 4/^> |p
соответственно. На рис. 3.1 зависимости (3.10) представлены в графическом виде. При их вычислении матричные элементы были взяты из [16]. Из приведен ных данных следует, что каждому кристаллу будет соответствовать свои па раметр .Хш» который в свою очередь будет определять набор из четырех коэф фициентов P/j'. Эти зависимости имеют универсальный характер, в частности они могут характеризовать н неодимовые стекла [74].
Из рис. 3.1 следует, что максимально возможное значение fijj- для основ
ного канала |
*Fi/t — 4/п/з составляет — 0,66 н для дополнительного 4/>, |
4/н/а 0,17. |
Наибольшая же плотность люминесценции ~ 0,75 может быть |
на другом дополнительном канале 4Л/, —
Поскольку для определения параметра X кристаллов с ионами Nd3+ необ ходимо знать только отношение то можно не делать полного расчета ин тенсивности всех наблюдаемых полос поглощения. Для этого можио выбрать такие состояния, уровни которых расположены достаточно изолировано и пере
ходы на которые зависят лишь от |
и Й„. |
В [31, 67] было выбрано два таких |
мультиплета — 2Pi/, и 4/»/,> интенсивность |
связанных с ними абсорбционных |
|
каналов можно характеризовать |
|
|
^ (Ч.,„ УЧ) = 0,03670,
п |
|
|
s'd (4/ V;, 4/»/г) = |
-0,0001Q 4 + 0,0452Qe. |
|
Если для seJ (4/»/а, |
пренебречь первым слагаемым (его |
влияние будет су |
щественным только прп Q4/Q6 л ; 100), то для XNM можно записать |
||
Х т (*Л/,) = 1.23sM(*/.,„ " - Р ./Ж 1 № .. *•?'■/,)• |
(3.11) |
Удобство применения формулы (3.11) будет заключаться также и в том, что для определения параметра спектроскопического качества требуются не абсолют ные значения sca (4/«/:, 2Руа) п sed (4/»/s, 4/»/.), а только их относительные ве личины. Поэтому отпадает необходимость определять концентрацию ионов Nd3+ в исследуемых кристаллах, что существенно упрощает эксперимент.
Для оценки величины X кристаллов с нонами Nd3+, а следовательно, для получения информации о коэффициентах (*Ft■/,), можно использовать и люминесцентные измерения [65, 69]. В частности, отношение интегральной
интенсивности люминесценции (как числа фотонов) двух каналов |
-+• *Iu/t |
и *F*/t -> 4/n/j связано с X^d выражением |
|
XNd (4Л/,) = 0,765YNd - 2,96, |
|
где |
|
^Nd = Ij, "jJIj, “/•• |
|
Результаты измерения коэффициентов $JJ>по методам, основанным па оп ределении параметра спектроскопического качества XNd (4Fa/„) и параметра интенсивности люминесценции Y^d, неоднократно проверялись по даппым пол
ного расчета Sjj'- Практически для всех случаев наблюдалось удовлетворитель ное совпадение результатов. Различные модификации рассмотренного метода измерения интенсивности люминесценции ионов Nd3* также описаны в [75—77, 80]. В последней публикации проведен анализ влияния типа волновых функ ций на расчет <|| ||>.
3.4.2.Параметры спектроскопического качества для кристаллов с ионами Ег3*
Удиэлектрических кристаллов с ионами Ег3+ генерацию СИ можно возбуждать на 13 межмультпплетных каналах (см. раздел 2.1.6), причем на четырех при 300 К с уровней метастабильного состояния 4S*/t (см. табл. 1.10 и рис. 1.13).
Люминесценция |
с этого состояния |
(4&/* *F*/t, |
4/«/._«/г) обусловлена только |
erf-переходами, |
поскольку А™/> = 0, |
так как А / |
2. Этот случай полностью |
подобен рассмотренному выше для люминесценции ионов Nd3+ (4F>/2 -*■ 41ужущ). Поэтому для коэффициентов $JJ>(4S>jt) попов Er3+ в кристаллах можно по строить зависимости fijj' (Хдг) с использованием выражения (3.10). Такие кри
вые были построены в [58] с применением матричных элементов aj |
и bj из [91 |
|||||
(рис. 3.2). Из них, |
например, следует, что для возбуждения |
СИ с лучшими |
||||
энергетическими характеристиками на волнах генерационного |
канала 4I?J/» —у |
|||||
— |
4/>/1 желательно |
использовать |
кристаллы с большим значением парамет |
|||
ра |
Хег- |
Для этого канала люминесценции предельным значением коэффициен |
||||
та |
v.i |
будет 88‘.’о. |
спектроскопического качества |
кристаллов |
||
|
Для |
определения параметра |
с ионами Ег3+ для характеризации люминесценции с уровней мультиплета 4&/, также можно воспользоваться методами, основанными на измерении отношения интегральной интенсивности люминесценции двух межмультиплетных кана
лов — *S>!t |
4 7./, |
и 4&/, |
47и/: |
X |
) — |
1’26~^Ег |
» |
ЛЕт\Ъ.и) — UfU5KEr_ 0(36 |
Рис# 3.2. Зависимости u упрощенная схе
ма люминесцентных кана лов ионов Ег3+ [58]
Для штриховой кривой, соответствующсй каналу 4S z j n-+ 4Л /г, шкала ординат увели чил в тысячу раз. Остальные обозначения те же, что и на
рис. 3.1
где |
|
|
Т ег |
— Ij,vJIj,'4r |
|
У |
ионов |
Ers+ имеются также другие метастабплыгые состояния (см. |
рис. 1.13), с |
уровней которых берут начало лазерные переходы, например |
lF*/t и лежащие ниже по шкале энергии мультиплеты. При определении вероят ности
A j j ' — ( A j j ' |
+ A J !T ) / 5 J ( A j j ' + Ах/') |
|
г |
этих каналов |
вкладом А™г уже пренебрегать нельзя (см., например, [551) |
и представить |
коэффициенты |3jrj' как функции одного параметра спектроско |
пического качества не представляется возможным. Тем не менее можно посту пать в духе работ [31, 67], например, при определении отношения коэффициен
тов pjjVPjjдвух межмультиплетных каналов к п I, для которых Affi = 0. В этом случае имеем
Pj,T |
[aj № x tf t -f- a j № x tf t 4- affc)j |
/ |
VJ J , |
\ 3 |
P |
i 4 ,)yv . + 4 4)^ / , + e^ |
U |
w |
’ |
здесь |
|
|
|
|
af- = | <4f xJ || mo || 4/11/' > |2, Хги = QJQa n X4%= Q4/Q«.
В частности, в [55] для каналов |
люминесценции ионов Ег3+, начинающихся |
||
с уровней состояния *Р»/„ получено выражение. |
|||
Р / , и /, |
0 ,0 0 1 8 X ,/t + 0 ,0 2 9 |
8 Z 4/> - f |
0,0164 |
h , » l = |
0,5655Jfi/$ + |
0,4651 |
|
Для определения X*/, и X*f, необходима информация о трех межмультиплет ных абсорбционных переходах. Вопрос о критерии их выбора подробно рассмот рен в [55].
3.4.3.Параметр спектроскопического качества дця кристаллов с нонами Pms+
У ионов Р т 3+ люминесценция с уровней состояния 6t \ |
(~ |
12400 см-1 [10]) |
свя |
|
зана с ^-переходами каналов 6Рг —*■6/ 4_7 (для 6/г1 -> |
ь/ 8 |
вынужденные |
пе |
|
реходы запрещены, так как А / |
6). При этом сила линий sjj , а следователь- |
Рис. 3.3. Зависимости $J J , (X) и упрощенная схема люминесцентных ка
налов ионов Р т 3+ [70]
Обозначения те же, что и на рис. 3.1
но, и A ’J J - главным образом зависят от параметров интенсивности й4 и Q«, как
для рассмотренного в разделе |
4.1 случая ионов Nd3+ Поэтому |
зависимости |
fW (Xpm) будут описываться |
формулой (3.10), где константам aj- |
и bj' соот |
ветствуют квадраты матричных элементов неприводимых тензорных операторов
ранга |
4 и |
6 между мультнплетами ионов: |
|
a r |
= | |
<ьРг || UW || Ч у > |2, Ъг = | <5^ || |
Чу > |2. |
В [70] зависимости $JJ> (ХРш) были построены в графическом виде (рис. 3.3), расчеты проводились с <|| UW || > из [19]. Экспериментальное определение па
раметра Хрш по отношению scJj' двух абсорбционных межмультиплетных ка налов ионов Р т 3+ или по параметру Урт (см. раздел 4.1) не будет представлять особой трудности.
После [78], где сообщено о возбуждении СИ на волнах межмультиплетных каналов ъРг — Ч ъ и bFx — 5/ с ионов Рва3* в фосфатном стекле, материал, изло женный выше, и работа [18] приобрели и прикладной интерес. Авторы [78] на деются подыскать кристаллы, в которых паразитное поглощение центров ок раски, возникающих от p-излучения изотопа Pm147, не будет создавать пре пятствий для процесса генерации этого радиактивного активатора.
В этой главе были затронуты только некоторые из основных аспектов экс периментального определения межмультиплетных интенсивностных характе ристик люминесценции Ьпзт-активаторов в кристаллах. Рассмотренный по луэмпирический метод, основанный на приближении [4, 5], и его модификации у специализирующихся в области физики и спектроскопии лазерных кристал лов исследователей в последние годы пользуются большим успехом [27, 51, 64, 65, 66, 81]. Определив межмультиплетвые интенсивностные характеристики ■Ajj' и рj j ’ и проведя неслояшые прецизионные измерения (при надобности ориентационные) распределения плотности люминесценции до линиям спект ра, легко вычислить коэффициент Эйнштейна A tj для исследуемого межштар-
ковского перехода i /, а затем и его пиковое поперечное сечение о?,у или эф-
фективное поперечное сечение (в случае наложения однородно уширенных ли ний) af.%j
|
bi |
(3.12) |
ij — 4n2n8Av„m |
||
или |
|
(3.13) |
Ve, ij — |
“1“ |
|
„ э ф . — п р |
■■ J |
|
которые в некоторых случаях могут сразу указать на возможность возбужде ния СИ на волне перехода i -> /. В (3.12) и (3.13) AvJll0M— ширина линии лю
минесценции; |
р\™3т — коэффициенты, характеризующие перекрываппе |
со |
||||
седних |
линий |
межштарконских переходов im -+■ jm с |
линией перехода |
i —>■/ |
||
на волне |
и Ьг = |
ехр [—EJIcT] — больцмановский фактор, где E t — энер |
||||
гия i-й штаркопской |
компоненты |
относительно нижайшей в /-мультдплете |
||||
и к — достоянная Больцмана. |
межмультпплетпых |
ed-каналов Ьп3+-попов |
||||
В |
проблеме интенсивности |
в кристаллах остается еще не до конца решенной задача сверхчувствительных
переходов |
[81—83], |
которым удовлетворяют следующие правила отбора: |
| Д / | < |
2, I AL |
I< 2 и AS = 0. |
Измерения показывают, что если й4 п Q6 слабо зависят от данных по сверх чувствительным переходам, то с й2 дела обстоят иначе. Для них приведенные матричные элементы <]| £А2) ||)> обычно имеют большие численные значения (см. табл. 3.1—3.9). Отсюда понятно, почему введение данных по сверхчувствитель ным переходам приводит к изменению (уменьшению) величин й2 при определе
нии sjd по методу наименьших квадратов (см. раздел 2.1 и, например, {18, 58]). В некоторых измерениях эта процедура приводила к отрицательным зна чениям й2, что в принципе быть не должно. Это имело место, например, для ионов Рг3+ н Dy3+ [34, 81, 85]. Более подробно эта задача обсуждается в [81— 83], в [18, 58, 66, 85, 86] предпрпнпмалпсь попытки ее решения.
В последние годы также достигнуто понимание природы анизотропии лю минесценции ионов Ln3+ в кристаллах [66, 86, 87], что существенно облегчи ло задачу выявления у них потенциальных возможностей для возбуждения СИ. К сожалению, здесь не было возможности рассмотреть результаты расчета интенсивности межштарковских люминесцентных переходов Ьп3+-активаторов в лазерных кристаллах, поэтому отсылаем читателей к [66, 88], где о них мож но получить достаточно подробную информацию.
|
ЛИТЕРАТУРА |
|
|
|
|
1. |
Van V le c k J .IJ .fi J. |
Phys. |
Chem. 1937. |
Vol. 41. P .67. |
|
2. |
B r o e r L .J .F ., |
Goiter C. J., |
Boogschagen J. // Physica. 1945. Vol. 11. P.231. |
||
3. |
Condon E. U., |
Shortley G. 11. The theory of atomic spectra. Cambridge: Cambridge Uuiv. |
|||
4. |
press, 1957. |
Phys. |
Rev. 1962. Vol. 127. |
P.750. |
|
J u d d B . R . f l |
5.Ofelt G. S. И 1. Chem. Phys. 1962. Vol. 37. P.511.
6.Wybourne B. G. Spectroscopic properties of rare earth. N. Y.: Wiley. 1965.
7.Prather J. L. Atomic energy levels in crystals: NBS Monogr. Wash. (D. C.)‘. VS Gov. print, off., 1961. Vol. 19.
8.Weber M. J. H Optical properties of ions in crystals / Ed. II, M. Crosswhite, 11. W. Moos.
N. Y.: Wiley, 1967. P. 467.
9.Weber M. J. II Phys. Rev. 1967. Vol. 157. P. 262.
10.CarnallW. T., Fietds P. B ., Raynak K. // J. Chem. Phys. 1968. Vol. 49. P. 4424.
11.Carnall W. T., Fields P. R., Raynak К. II Ibid. P. 4450.
12. C arnallW . 7’., Fields P. R ., Raynak K. // Ibid. P.4447.
13.Weber M . J. // Ibid. Vol. 48. P. 4774.
14.Kuboniwa S ., Hosliina T. // J. Phys. Soc. Jap. 1972. Vol. 32. P. 1059.
15.Weber M . J ., Matsinger B . //., Donlan V. L., Surrat G. Т.Ц J. Chera. Phys. 1972. Vol. 57
P. 562.
16. |
Krupke W . F. // IEEE |
J. |
Quant. Electron. 1974. Vol. 10. P .450. |
|
||||||
17. |
C a i r d J . A ., |
DeShazer L. G., N e l l a J . f f |
Ibid. |
1975. |
Vol. 11. |
P.874. |
||||
18. |
Krupke W . F. // Ibid. |
1971. Vol. 7. |
P. |
153. |
|
|
|
|
||
19. |
Krupke W . F. // Ibid. |
1972. Vol. 8. |
P. 725. |
1965. |
Vol. 139. |
P.2008. |
||||
20. |
Krupke W F., Gruber J. B . // Phys. |
Rev. A. |
||||||||
21. |
Антипенко Б . M ., Томашевич 10. В. // Оптика п спектроскопия. |
1978. Т. 44. С. 272. |
||||||||
22 . A d a m J . L . , |
S i l b e y W . A . , |
G a b b eD . R . ff J. |
Luminescence. 1985. |
Vol. 33. P .391. |
23.Антипенко Б . M. И Оптика п спектроскопия. 1984. T. 56, C. 72.
24.Krupke W . F . // Phys. Rev. 1966. Vol. 145. P. 325.
25. |
R eisjeld R .U Colloq. |
intern. CNRS. 1976. Vol. 255; |
P.149. |
Vol.31/32. P. 225. |
26. |
Malta 0 . L ., Gouveia |
E. A ., DeSa G. F. // J.Luminescence. 1984. |
||
27. |
Krupke W . F. // Proc. |
IEEE Region VI ConL, 1974. |
N. Y.: IEEE, |
1975. P.17. |
28.Deb K . A'., Buser R . G., Morrison C. A ., Leavitt R . P. // J. Opt. Soc. Amer. 1981. Vol. 71.
P. 1463.
29.P o pp a la rd oR . Hl . Luminescence. 1976. Vol. 14. P .159.
30. |
Leavitt R . P ., Morrison С. А . Ц J. Chem. Phys. 1986. |
Vol. |
73. |
P .749. |
31. |
Kaminskii A . A ., L i L. И Phys. status solidi A. 1974. |
Vol. |
26. |
P. K21. |
32.Kaminskii A . A ., Agamalyan N. R ., Denisenko G. A . et al. // Ibid. 1982. Vol. 70. P. 397.
33.Malinowskii M ., Wolinski W . // Acta phys. polon. A. 1984. Vol. 65. P. 303.
34. Weber M . J V a r i t i m o s T. E., Matsinger В. II. // Phys. Rev. B. 1973. Vol. 8. P. 47.
35.Ткачук A . M ., Пржевусский А . К., Морозова Л . Г . и др. // Оптика и спектроскопия.
1986. Т. 60. С. 288.
36.Lomheim Т. S., DeShazer L. G. И J. Appl. Phys. 1978. Vol. 49. P. 5517.
37. Балакирева T. П ., Брискина Ч. М ., Вакулюк В. В. и др. // Квантовая электрон. 1981.
Т.8. С. 656.
38.Kaminskii A . A ., Mill В . Г., Butashin А . V. et al. // Phys. status solidi A. 1987. Vol. 103.
P.575.
39.Krupke W . F., Shinn M. D., Marion J . E.. et al. // J. Opt. Soc. Amer. B. 1986. Vol. 3.
P.102.
40. |
Каминский |
А . А ., |
Белоконева E. Л., Милль В. В . п д р ./ / Изв. АН СССР. Неорган. |
41. |
материалы. |
1986. |
Т. 22. С. 1138. |
KaminsuU A . A ., Belokoneva Е. L., M ill В. V. et al. // Phys. status solidi A. 1984. Vol. 86. |
P.345.
42.Каминский А . А ., Белоконева E. Л ., Буташин А . В. и др. // Изв. АН СССР. Неорган.
материалы. 1986. Т. 22. С. 1061.
43.Агладзе Н. И ., Антонов В . А ., Арсеньев П. А . и др. // Журн. прикл. спектроскопии.
1985. Т. 43. С. 798.
44.Kaminskii A . A .. Silvestrova I . М ., Sarkisov S. Е., Denisenko G. А . // Phys. status solidi
A.1983. Vol. 80. P. 607.
45.Каминский А . А ., Милль Б . В . , Белоконева E. Л. и др. // Изв. АН СССР. Неорган.
материалы. 1984. Т. 20. С. 2058.
46.Каминский А . А ., Курбанов К ., Маркосян А . А . и др. // Там же. 1985. Т. 21. С. 1970.
47. |
Васильев Е. В ., |
Ткачук А . М ., |
Хилъко А . В ., Пономарев Н. М. // Оптика |
и спектро |
|||
48. |
скопия. 1982. |
Т. 53. |
С. 788. |
Vol. 171. P.283. |
|
|
|
Weber М . J. // |
Phys. |
Rev. 1967. |
Phys. 1984. Vol. 81. |
P. 698. |
|||
49. |
Xu Li-W en, Cross white H. M ., |
Hessler J . P . // J . Chem. |
|||||
50. |
Ткачук A . M ., |
Хилъко А . В., Петров M. В. Ц Оптика и |
спектроскопия. |
1985. |
T. 58. |
С.91.
51.Ткачук А . М . И Спектроскопия кристаллов / Отв. ред. А. А. Капляпский. Л.: Наука,
1985. С. 42.
52. |
Ткачук А . М., |
Политимова |
А . В., Петров М. В. И Оптика и |
спектроскопия. |
1985. |
53. |
Т. 59. С .1136. |
Хилъко А . В., |
Петров М. В. // Спектроскопия |
кристаллов / Отв. |
ред. |
Ткачук А. М., |
А.А. Каплянский. Л.: Наука, 1983. С. 106.
54.Ткачук А . М ., Клокишнер С. И ., Политимова А . В. и др. // Оптика и спектроскопия.
1986. Т. 60. С. 1201.
55. |
Каминский А. А ., |
Соболев Б. II., |
Саркисов С. Э. |
и |
д р ./ / Изв. АН |
СССР. |
Неорган. |
56. |
материалы. 1982. |
Т. 18. С. 482. |
Chertanov М . |
1 . Ц |
Phys. status |
solidi |
В. 1986. |
Kaminskii А . А .. |
Kornienko A. A ., |
||||||
|
Vol. 134. P. 717. |
|
|
|
|
|
|
57.Ткачук A. M., Клокишнер С. И . Политимова А . В. к др. // Оптика и спектроскопия.
1985. Т. 59. С. 1239.
58.Kaminskii A . A .. Petrosyan A . G., Denisenko G. A. et al. // Phys. status solidi A. 1982.
Vol. 71. P.291.