(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,