Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Радиационные эффекты в кристаллах Mg2SiO4, Cr: Mg2SiO4, Cr, Li: Mg2SiO4

Диссертация: Радиационные эффекты в кристаллах Mg2SiO4, Cr: Mg2SiO4, Cr, Li: Mg2SiO4
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Вид ионизирующего излучения и его доза не влияют на форму спектров наведенного поглощения. Величина наведенного поглощения зависит от условий роста кристалла и концентрации легирующих элементов, дозы облучения. Наведенное поглощение в области 250−270 нм и широкополосное поглощение с максимумом в области 420 — 460 нм обусловлено Р+ — центрами и О" — центрами соответственно. Широкое применение… Читать ещё >

Содержание

  • Глава I. СТРУКТУРА И ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОКСИДНЫХ ЛАЗЕРНЫХ КРИСТАЛЛОВ, ПОДВЕРГНУТЫХ ОБЛУЧЕНИЮ ИОНИЗИРУЮЩИМ ИЗЛУЧЕНИЕМ
    • 1. 1. Рубин Сг3+:А
    • 1. 2. Иттрий-алюминиевый гранат
    • 1. 3. Форстерит Сг^28Ю
  • Глава II. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
    • 2. 1. Объекты исследования
    • 2. 2. Методика воздействия ионизирующего излучения на кристаллы форстерита
    • 2. 3. Методы исследований облученных кристаллов
      • 2. 3. 1. Методика расчета параметров элементарной ячейки и погрешности
  • Глава III. ВЛИЯНИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И СТРУКТУРУ КРИСТАЛЛОВ ФОРСТЕРИТА
    • 3. 1. Оптические свойства кристаллов форстерита
    • 3. 2. Структурные изменения в кристаллах форстерита
  • Глава IV. КОНЦЕНТРАЦИЯ РАДИАЦИОННЫХ ДЕФЕКТОВ В
  • КРИСТАЛЛАХ
  • §-2^Ю4 и Сг: Мё28Ю
    • 4. 1. Аппроксимация экспериментальной зависимости коэффициента поглощения от флюенса электронов
    • 4. 2. Расчет концентрации дефектов смещения по модели упругого взаимодействия
  • Выводы

Радиационные эффекты в кристаллах Mg2SiO4, Cr: Mg2SiO4, Cr, Li: Mg2SiO4 (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Актуальность темы

Широкое применение кристаллических материалов в устройствах квантовой электроники, микроэлектронике использование ионизирующей радиации для технологических целей, выдвигают в число важнейших задач вопросы управления свойствами кристаллических материалов путем воздействия на них ионизирующих излучений и повышения радиационной устойчивости материалов.

Изменение оптических свойств оксидных лазерных кристаллов под действием ионизирующих излучений может существенно повлиять на рабочие параметры аппаратуры, в которой используются кристаллы. Экспериментально показано увеличение эффективности лазеров, работающих на оксидных кристаллах, подвергавшихся воздействию ионизирующей радиации (электронов, гаммаи рентгеновских лучей). Так же имеются экспериментальные и теоретические предпосылки для осуществления генерации в активных кристаллических веществах (рубин, иттрий — алюминиевый гранат, активированный неодимом, хромом) при накачке ионизирующей радиацией./!, 2, 3/.

Кристаллы Сг: М§ 28Ю4 привлекают к себе большое внимание главным образом из-за возможности их применения в качестве активных сред широкополосных перестраиваемых лазеров ближнего инфракрасного диапазона /4 — 9, 12 — 18/ и в качестве пассивных затворов лазеров, генерирующих в видимой и ближней ИК — области спектра /19, 20/. Данное направление является интенсивно разрабатываемым вследствие перспективности применения форстеритовых лазеров в оптических коммуникационных системах в области научных и медицинских исследований.

Цель работы: Исследовать влияние ионизирующего излучения на кристаллы М&вЮ^ Сг: М§ 28Ю4, Сг, 1Л: М§ 28Ю4.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

1. Исследование оптических свойств кристаллов форстерита после облучения ионизирующим излучением.

2. Исследование структурных изменений облученных кристаллов 1 форстерита.

Научная новизна.

Впервые исследованы кристаллы 1у^28Ю4, Сг: М§ 28Ю4, Сг, 1л:1у^28Ю4 после облучения электронами и тормозными гамма-квантами. Установлено возникновение наведенного поглощения, зависимость его от различных факторов, рассчитана концентрация радиационных дефектов смещения.

Положения, выносимые на защиту:

1. Вид ионизирующего излучения и его доза не влияют на форму спектров наведенного поглощения. Величина наведенного поглощения зависит от условий роста кристалла и концентрации легирующих элементов, дозы облучения. Наведенное поглощение в области 250−270 нм и широкополосное поглощение с максимумом в области 420 — 460 нм обусловлено Р+ - центрами и О" - центрами соответственно.

2. Кристаллы Сг4+'М?28Ю4 обладают радиационной стойкостью при облучении высокоэнергетическими электронами и гамма-квантами, о чем свидетельствует незначительное изменение концентрации ионов Сг4+ и отсутствие дополнительного поглощения в полосе генерации 1100−1300 нм.

3. Модель упругого взаимодействия адекватно описывает процессы радиационного дефектообразования до насыщения центров окраски.

Практическая значимость результатов исследований состоит в использовании полученных результатов для разработки методов прогнозирования поведения материалов в радиационных полях и совершенствования радиационных технологий обработки материалов и изделий. Результаты и анализ проведённых исследований расширяют представления о механизмах радиационного дефектообразования в оксидных кристаллах, дают возможность разработать более адекватные модели для их описания.

Апробация работы. Результаты выполненных исследований докладывались и обсуждались на:

Региональной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по физике (г. Владивосток, 2003);

— Vой и VIой Региональных научно-практических конференциях «Молодежь XXI века: шаг в будущее» (г. Благовещенск, 2004,2005);

— VIIIой и IXой Региональных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых по физике полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалов (г. Владивосток, 2004, 2005);

— Конференции молодых сотрудников и аспирантов Института металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН (г. Москва, 2004);

— XIой Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов 2004» (г. Москва, 2004);

— Fouth Asia-Pacific Conference on Fundamental Problems of Opto and Micro-electronics (Khabarovsk, 2004);

— Europhysics Conference on Lasers and ElectroOptics (Munich, 2005);

— International conference on Laser, Applications, and Technologies (St. Petersburg, 2005);

— VIIIой Российско — Китайском Симпозиуме «Новые материалы и технологии» (Гуан-Чжоу, 2005).

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 16 печатных работах: 4 статьи в российских журналах, 7 статей в материалах конференций, 5 тезисов докладов.

Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, содержит 92 страницы машинописного текста, иллюстрируется 40 рисунками и 3 таблицами.

Выводы:

1. Вид ионизирующего излучения, его доза не влияют на количество и положение максимумов в спектре наведенного поглощения кристаллов, в спектрах наблюдается насыщение наведенного поглощения;

2. Величина наведенного поглощения зависит от условий роста кристалла и концентрации легирующих элементов;

3. Широкополосное поглощение с максимумом вблизи 420 -460 нм обусловлено кислородными вакансиями и О" - центрами;

4. После облучения электронами кристаллов форстерита изменение параметров элементарной ячейки в пределах погрешности не происходит.

5. Зависимость коэффициентов поглощения, а следовательно концентрация центров окраски от дозы облучения аппроксимируется квадратичной функцией.

6. Модель упругого взаимодействия применима адекватна для расчета концентрации дефектов смещения в облученных кристаллах форстерита до насыщения центров окраски.

В заключении автор выражает особую благодарность кандидату технических наук Лебедеву В. Ф. (НЦВО ИОФ РАН) за плотное участие и значительную помощь в проведении экспериментальных исследований и обсуждении результатов. Автор выражает признательность за помощь в проведении исследований, участии в работе и обсуждении результатов доктору технических наук, профессору Жарикову Е. В. (ИОФ РАН), доктору физико-математических наук, профессору Иванову Л. И. (ИМЕТ РАН), кандидату физико-математических наук Симакову C.B. (ИМЕТ РАН), кандидату физико-математических наук Лазаренко В. М. (ИМЕТ РАН), Садыхову С. О. (ИМЕТ РАН).

Показать весь текст

Список литературы

  1. З.Т., Арсеньев П. А., Багдасаров Х. С. и др. Дефекты в материалах квантовой электроники. — Ташкент: Изд-во «Фан», 1991. -260 с.
  2. А.А. Кристаллы квантовой и нелинейной оптики. — М.: «МИСИС», 2000. 432 с.
  3. Классен-Неюподова М.В., Багдосаров Х. С. Рубин и сапфир. М.: Наука, 1974.-236 с.
  4. Л.Д., Чешков Д. А., Богданова М. Н. Новые технологии в информационном обеспечении науки «Лазерные материалы, допированные Сг(4+). // http://www.forc.gpi.ru
  5. .Г., Березин Ю. Д., Волков В. В. и др. Лазеры ближнего и среднего ИК-диапазонов в офтальмоонкологии // Известия Академии Наук СССР. Серия физическая. 1990. — Т.54. — № 10. — С. 1929−1934.
  6. Bartels A., Newbury N.R., Thomann I., Hollberg L., Diddams S. A. Broadband phase-coherent optical frequency synthesis with actively linked Ti: sapphire and Cnforsterite femtosecond lasers // Optics Letters. 2004. -Vol. 29. — № 4. — P. 403−406.
  7. Д.А., Алфимов M.B., Багаев C.H., Бирке Т. и др. Спектральное сверхуширение субнаноджоулевых фемтосекундных импульсов лазера на хром-форстерите в перетянутом волокне // Письма в ЖЭТФ. 1980. — Т. 74.-Вып. 9. — С.515−519.
  8. Liu X., Qian L., Wise F. Femtosecond Criforsterite laser diode pumped by a double-clad fiber // Optics Letters. 1998. — Vol. 23. — № 2. — P. 129−131.
  9. E.M., Буфетов И. А., Карпов В. И. и др. Непрерывный лазер на Cr4+: Mg2Si04 с накачкой излучением неодимового волоконного лазера // Квантовая электроника. 1997. — Т. 24. — № 9. — С. 771−772.
  10. .И., Назаренко П. Н., Ставров A.A. Твердотельный перестраиваемый лазер с преобразователем на форстерите // Квантовая электроника. 1994. — Т. 21. — № 9. -С. 821−823.
  11. М.И., Жаворонков Н. И., Михайлов В. П., Минков Б. С. Эффективная генерация форстерита с хромом при накачке в ближайшей ИК области спектра // Квантовая электроника. — 1994. Т. 21. — № 1. — С. 19−21.
  12. A.C., Жаворонков Н. И., Михайлов В. П. Эффективный лазер с модуляцией усиления на основе кристалла форстерита, активированного хромом // Квантовая электроника. 1997. — Т. 24. — № 2. С. 1039- 1041.
  13. A.B., Жариков Е. В., Лебедев В. Ф. и др. Импульсная и непрерывная генерация на новом лазерном кристалле Cr3+:Li: Mg2SiU4 // Квантовая электроника. 2004. — Т. 34. № 8. — С. 693−694.
  14. Исследования в области лазерной физики: Взаимодействие излучения с веществом и сверхсильные световые поля. // htt://www.rfbr.ru/
  15. Исследования в области лазерной физики: Анализ современной проблематики исследований в области лазерной физики. Твердотельные лазеры нового поколения. // htt://www.rfbr.ru/
  16. Thomann А., Bartels. К., Corwin L., Newbury N. R. et. al 420-MHz Cr: forsterite femtosecond ring laser and continuum generation in the 1−2-m m range//Optics Letters.-2003. Vol. 28. — № 15. — P. 1368−1371.
  17. Исследования в области лазерной физики: Перестраиваемые лазеры: новый этап. // htt://www.rfbr.ru/
  18. Н.И., Михайлов В. П., Кулешов Н. В., Минков Б. И., Автух А. С. Насыщение поглощения кристаллов силикатов, активированных Сг4+ и пассивные лазерные затворы на их основе// Квантовая электроника. 1995. -Т. 22. — № 1. — С. 134−136.
  19. Г. А., Таразевич И. Г. Кристалл форстерит:Сг как пассивный модулятор добротности резонатора YAG: Nd лазера и активная среда в лазерной системе YAG: Nd — форстерит: Сг // Квантовая электроника. -1996. — Т. 23. — № 3. — С.202−204.
  20. А. А. Минералогия. М.: Недра, 1975. — 519 с.
  21. Н. В., Годовиков А. А. Баканин В. В. Очерки по теоретической минералогии. М.: Наука, 1982. — 208 с.
  22. Kotomin Е.А., Popov A.I. Radiatio-induced point defects in simple oxides // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. 1998. — B. 141. — P. 1−15.
  23. Atobe K., Nakagawa M. Production rate and thermal stability of F center in a — Al203 with irradiation temperature // Cryst. Latt. Def. and Amorph. Mat.- 1987. Vol. 17. — P. 229 — 233.
  24. A.O., Сугак Д. Ю., Убизский С. Б. и др. Воздействие ионизирующих излучений на материалы электронной техники. Львов: Изд -во «Свгг», 1994. — 212 с.
  25. Ш. А., Ибрагимова Э. М., Каипов Б., Тавшунский Г. А., Юсупов А. А. Радиационные явления в некоторых лазерных кристаллах. -Ташкент: Изд-во «Фан», 1977. 152 с.
  26. Х.С., Пастернак Л. Б., Севастьянов Б. К. Радиационные центры окраски в кристаллах Y3Al5Oi2:Cr3+ // Квантовая электроника. -1977.-Т. 4. № 8.-С. 1702−1707.
  27. Н.С., Иванов А. О., Дубровина Э. П. Связь образования радиационных центров окраски с ростовыми дефектами в кристаллах ИАГ:Ш //Квантовая электроника. 1981. — Т. 8. — № 11.- С. 2433−2437.
  28. H.A., Озеров М. Ф., Рохманова В. О. Влияние гамма-облучения на электронное состояние ионов хрома в монокристаллах Y3AI5O12 //ЖПС. 1987. Т.46. — № 4. — С. 612−615.
  29. Е.В. Антонов, Х. С. Багдасаров, H.A. Казаков и др. Влияние условий выращивания на радиационно спектральные характеристики монокристаллов NdrYAG // Кристаллография. — 1984. — Т.29. — № 1 С.-175−176.
  30. H.A., Овечкин А. Е., Антонов Е. В. Центры окраски гамма-облученного граната 73Al50i2 // Журнал прикладной спектроскопии. — 1985. Т. 43.- № 3. — С.478 — 484.
  31. Е.В., Жеков В. И., Мурина Т. М. и др. Центры окраски в кристаллах иттрий-алюминиевого и иттрий-эрбий-алюминиевого гранатов //Квантовая электроника. 1976. — Т.З. — № 3. — С.589 — 593.
  32. Kaczmarek S., Sudak D., Matkovskii A., Moroz Z., Kwasny M., Durygin A. Radiation induced recharging of cerium ions in Nd, Ce: Y3AI5O12 single crystals // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research .- 1997. B. 132.-P. 647−652.
  33. Н.Ю., Карасева Л. Г., Громов B.B. Спектры оптического поглощения дырочных центров в гамма-облученных монокристаллах алюмоиттриевого граната. // Известия Академии Наук СССР. Серия физическая. -1980. № 5. — С. 631−634.
  34. Е.В., Жеков В. И., Мурина Т. М., Осико В. В., Прохоров A.M., Тимошечкин М. И. Центры окраски в кристаллах иттрий-алюминиевого и иттрий-эрбий- алюминиевого гранатов // Квантовая электроника. -1976. Т. 3.- № 3.- С. 589−593.
  35. Matkovskii A., Sudak D., Melnyk S., Potera P., Suchocki A., Frukacz Z. Color center in doped Gd3Ga5Oi2 and Y3AI5O12 laser crystals // Journal of Alloys and Compounds. 2000. — V. 300−301. — P. 395−397.
  36. Matkovskii A., Sudak D., Durygin A., Kaczmarek S. Effect of ionizing radiation on optical and lasing properties of Y3AI5O12 single crystals doped with Nd, Er, Ho, Tm, Cr ions // Optical Materials. 1996. — V. 6. — P. 353 358.
  37. Kaczmarek S.M., Jablonski R., Moroz Z., Pracka I. Radiation defects in oxide compounds // Crust. Res. Technol. 1999. — V. 34. — P. 719−728.
  38. Kaczmarek S. Influence of ionizing radiation on performance of Nd: YAG lasers//Crust. Res. Technol. 1999. -V. 34. — P. 1183−1190.
  39. M.X., Жариков E.B., Лаптев B.B., Насыров И. Н. и др. Влияние ионов хрома на образование центров окраски в кристаллах со структурой граната // Доклады Академии Наук СССР. Физика. 1985. -Том 282. — № 5. — С. 1104−1106.
  40. E.B., Багдасаров X.C., Казаков H.A. и др. Влияние условий выращивания на радиационно — спектральные характеристики монокристаллов Nd:YAG // Кристаллография. 1984. — Т.29. — № 1. — С. 175−176.
  41. Н.А., Овечкин А. Е., Антонов Е. В. Центры окраски гамма-облученного граната Y3Al5Oi2 // Журнал прикладной спектроскопии. -1985. Т. 43. — № 3. — С.478 — 484.
  42. Е.В., Жеков В. И., Мурина Т.М.и др. Центры окраски в кристаллах иттрий-алюминиевого и иттрий-эрбий-алюминиевого гранатов // Квантовая электроника. 1976. — Т.З. — № 3. — С.589 — 593.
  43. Х.С., Пастернак Л. Б., Севастьянов Б. К. Радиационные центры окраски в кристаллах Y3AI5O12 :Сг3+ // Квантовая электроника. -1987. Т.4. — № 8. — С. 1702 -1707.
  44. И.Д., Гайстер A.B., Жариков Е. В. ЭПР центров Cr3+ Li+ в синтетическом форстерите Cr:Li:Mg2Si04 // Физика твердого тела. -2003. — Т.45. — Вып.1. — С. 51 — 55.
  45. В.Ф., Рябов И. Д., Гайстер A.B., Подставкин A.C., Жариков Е. В., Шестаков A.B. Спектральные и генерационные свойства нового лазерного кристалла Cr3+, Li:Mg2Si04 // Физика твердого тела. 2005. -Т.47. — Вып.8. — С. 1447 — 1450.
  46. Егоров Тисменко К. Ю., Литвинская Г. П. Теория симметрии кристаллов, //http://geo.web.ru/db/
  47. Francis С., Ribbe P. The forsterite-tephroite series: I. Crystal structure refinements//American Mineralogist. 1980. — V. 65. — P. 1263−1269.
  48. Fosterite // http://database.iem.ac.ru/mincryst/
  49. В.Ф., Гайстер A.B., Теняков С. Ю. и др. Спектрально-люминесцентые свойства сильнолегированных хромом монокристаллов форстерита. I. Спектры поглощения // Квантовая электроника. 2003. -Т. 33.- № 3. — С.192−196.
  50. Matrosov V., Matrosovs Т., Kupchenko M., Pestryacov E., Pavlovski L. Activated forsterite crystal growth // Journal of applied spectroscopy. 1993. -V. 59. — № 1−2. — P. 152−154.
  51. Jia W., Liu H., Jaffe S., Yen W. Spectroscopy of Cr3+ and Cr4+ ions in forsterite // Physical Review B. 1991.- V. 43. — № 7. — P. 5234−5242.
  52. T.J., Pollock C.R. // Quantum Electron. 1993. -V. 29. — P. 2835
  53. Monocorge R, Cormier G., Simkin D., Capobianco J. // Quantum Electron. -1991.-V. 27.-P 114
  54. Lebedev V., Gaister A., Tenyakov S., Zharikov E. Formation of luminesecene centers in Cr, Li: Mg2Si04 crystal for one-micron tunable lasing // Proc. CLEO/Europe. 2003. Europhysics Conference Abstracts. — V. 27E, GG 4−6 -WED.
  55. V.F., Gaister A.V., Tenyakov S.Yu., Zharikov E.V., «Cr, Li:Mg2Si04 single crystal as actie medium for one-micron tunable solid state lasers"// In Sold-State Lasers and Nonlinear Frequency Conversion. Proc. SPIE -2004. -5478. P. 37−41.
  56. Carrez P., Leroux H., Cordier P. Electron-irradiation-induced phase transformation and fractional volatilization in (Mg, Fe)2Si04 olivine thin films // Philosophical Magazine. 2001. — V. 81. — № 12. — P. 2823−2840.
  57. Kosmala M., Mugenski E., Strek W. The effect of y-irradiation on the optical properties of Cr-doped forsterite // Journal of applied spectroscopy. 1995. -V. 62.-№ 44.-P. 165−166.
  58. В.Ф., Неклюдов И. М., Черняева Т. П. Радиационные дефекты и распухание металлов. Киев: Наукова думка, 1988. — 296 с.
  59. .П. Дозиметрия и защита от ионизирующих излучений. М.: Энергоиздат, 1986. — 345 с.
  60. Руководство по рентгеновскому исследованию минералов /под ред. Франк-Каменецкого В.А. Д.: «Недра», 1975. — 399 с.
  61. Рентгенографический и электронно-оптический анализ: Учеб. Пособие для вузов /под ред. Горелика С. С., Скакова Ю. А., Расторгуева JI.H. М.: «МИСИС», 1994,-328 с.
  62. А. Рентгенография кристаллов. М.- Наука, 1961. — 604 с.
  63. И.В., Ванина Е. А., Астапова Е. С., Грохольский А. В., Калашников А. С. Влияние электронного облучения на структуру кристаллов Cr:Mg2Si04 // Вестник Амурского государственного университета. 2004. — № 25. — С. 12- 14.
  64. М.И., Лущик Ч. Б., Машовец Т. В., и др. Создание дефектов в твердых телах при распаде электронных возбуждений // Успехи физ. наук. 1985. — Т. 147. — Вып. 3. — С.523 — 558.
  65. . Радиационное повреждение твердых тел. М.: Атомиздат, 1970. — 236 с.
  66. Walker М., Wright К., Staler В. A computational study of oxygen diffusion in olivine // Phys Chem Minerals. 2003. — V. 30. — P. 536−545.
  67. A.A., Улманис У. А., Шлихта P.A. Расчеты эффективного сечения образования смещенных атомов ударным механизмом при электронном, нейтронном и гамма-облучении. Саласпилс: ЛАФИ, 1984. -212 с.
  68. Болтакс Б. И Точечные дефекты в твердых телах. М.: Изд-во «Мир», 1979. — 169 с.
  69. Н.С., Муминов М.И, Ким Ген Чан и др. Радиационные эффекты в керамических диэлектриках. Ташкент: Изд-во «Фан», 1986. — 160с.
  70. Ю.В. Физическое материаловедение. Санкт-Петербург: Наука, 2000. — 286 с.
  71. И.Б., Лущик А. И. Распад электронных возбуждений с образованием дефектов в твердых телах. М.: Наука, 1989. — 263 с.
  72. Л.С., Кишьян A.A., Романиков Ю. И. Методы планирования и обработки результатов физического эксперимента. М.: Атомиздат, 1978.-232 с.
  73. В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: «Высшая школа», 1977. — 497 с.
  74. Е.А., Гопиенко И. В., Калашников A.C., Чибисов А.Н. Расчет энергии дефектообразования с использованием пакета программ
  75. FHI96MD // Информатика и системы управления. 2005. — № 1(9). — С. 2734.
  76. Е.С., Ванина Е. А., Гопиенко И. В. Расчет концентрации дефектов по модели упругого взаимодействия // Информатика и системы управления. 2005. — № 1(9). — С. 23−27
Заполнить форму текущей работой

Пора сдавать?