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.