Оптические свойства четырехвалентного иона марганца в гадолиний-галлиевом гранате
Диссертация
Впервые экспериментально исследован спектр фотолюминесценции ГГГ: Мп4+ при различных уровнях лазерного возбуждения. Показано, что при высоком уровне возбуждения в спектрах люминесценции усиливается относительная интенсивность полосы, соответствующей переходу 4Т2—"4А2. Этот эффект обусловлен двумя основными причинами: локальным нагревом образца лазерным лучом, что при различных температурных… Читать ещё >
Содержание
- Глава 1. Литературный обзор
- 1. 1. Кристаллическая структура граната
- 1. 2. Дефекты в решетке граната
- 1. 3. Механизмы компенсации заряда
- 1. 4. Оптические свойства ЗсГ -примесеи в решетке граната
- 1. 4. 1. Элементы теории кристаллического поля
- 1. 4. 2. Оптические переходы -ионов
- 1. 4. 3. Люминесцентные свойства,
- 1. 5. Влияние полей на оптические свойства 3-примесей
- 1. 5. 1. Электрическое поле
- 1. 5. 2. Магнитное пол?: у, ,.,
- 1. 5. 3. Давление
- 1. 6. Выводы
- 2. 1. Техника эксперимента
- 2. 2. Метод сглаживания спектров — «Метод минимизации энергии»
- 2. 3. Выбор объектов исследования
- 2. 4. Погрешности измерения
- 2. 5. Выводы
- 3. 1. Проявление перехода 4Т2-^4А2 в спектрах люминесценции ГГГ: Мп4+ при интенсивной лазерной накачке
- 3. 2. Измерение температурной зависимости спектра люминесценции ГТГ: Мп4+
- 3. 3. Определение температуры образца по отношению интенсивностей линий 2Е→4А2 и 4Т2→4А
- 3. 4. Расчет характеристик излучательных и 'безизлучательных переходов в ГГГ: Мп4+
- 3. 5. Исследование зависимости линий 2Е—>4А2 и 4Т2—>4А2 от интенсивности накачки
- 3. 6. Проявление индуцированного излучения при интенсивной лазерной накачке
- 3. 7. Выводы
- 4. 1. Моделирование Я-линии
- 4. 2. Расчет формы спектральной линии ГГГ: Мп4+, 4.2.1. Теоретическая модель
- 4. 2. 2. Расчет формы полосы перехода Е—" А
- 4. 2. 3. Расчет формы полосы перехода 4Т2-«4А
- 4. 3. Выводы
Список литературы
- Каминский A.A. Лазерные кристаллы. — М.: Наука, 1975. — 256 с.
- Каминский А.А. // Спектроскопия кристаллов. М, 1975. / *3 Bobeck А.Н., Spencer E.G., Van Uitert L.G., et al. Uniaxial magnetic garnets for domain wall «bubble» devices // Appl. ijhys. Lett., 1970. V. 17. No. 3 P. 131−134.
- Yamaga M., Henderson В., and O’Donnell K. P. Line shape of the Cr3+ luminescence in garnet crystals //Phys. Rev. B, 1992. V. 46. No. 6. P. 32 733 282.5| Yamaga M., Henderson В., and O’Donnell K. iP. Polarization spectroscopy of3+
- Yamaga M., Henderson В., O’Donnell K. P., et al. Temperature dependence of the lifetime of Cr3+ luminescence in garnet crystals I // Appl. Phys. B, 1990. V. 90. P. 425−431.
- Yamaga M., Henderson В., O’Donnell K. P., et al. Temperature dependence of the lifetime of Cr3+ luminescence in garnet crystals II. The case of YGG // Appl. Phys. B, 1990. V. 51. P. 132−136.
- Padlyak В. V., Koepke Cz., Wisniewski K., et al. Spectroscopic evaluation of the CGG (Ca0-Ga203-Ge02) glass doped with chromium // J. Lumin. 1998. V. 79. P. 1−8.renier A., Suchocki A., Pedrini C., et al. Spectroscopy of Mn4±doped
- Hoemmerich U. and Bray К. L. High-pressure laser spectroscopy of Cr3+:Gd3Sc2Ga3012 and Cr3+:Gd3Ga5Oi2 // Phys. Rev. B, 1995. V. 51. No. 18. P. 12 133−12 140.
- Jovanic B. R. Shift under pressure of the luminescent transitions of• rcorundum doped with Mn4+ // J. Lumin. 1997. V. 75. P. 171−174.
- Taylor M. J. An experimental study of the efficiency of optical energy transfer between Cr and Nd ions in yttrium aluminium garnet // Proc. Phys. Soc. 1967. V. 90. P. 487−494.
- Henderson B. and Hall T. P. P. Some studies of Cr3+ ions and Mn4+ ions in magnesium oxide//Proc. Phys. Soc. 1967. V. 90. P. 511−518.
- Riseberg L. A. and Weber M. J. Spectrum and anomalous temperature dependence of the 2E—>4A2 emission of Y3AI5O12:1. Mn4+ // Solid State
- Commun. 1971. V. 9. P. 791−794.
- Kemeny G., Haake С. H. Activator center in magnesium fluorogermanate phosphors // J. Chem. Phys., 1960. V. 33. No. 3. P. 783−789.
- Валяшко Е.Г., Грум-Гржимайло С.В., Кутовой И. М. и др. Спектры кристаллов, содержащих ионы марганца. В сб. Спектроскопия кристаллов. М., Наука, 1966.
- Geschwind S., Kisluk P., Klein P., et al. Sharp-line fluorescence, electron paramagnetic resonance, and thermoluminescence of Mn4+ in C1-AI2O3 // Phys. Rev., 1962. V. 126. No. 5. P. 1684−1686.
- Jorgensen C.K. // Acta ehem. scand., 1958. V. 12. P. 1539.
- DonegartF., Glynn T. J., Imbusch G. F., Remeika J. P. Luminescence andfluorescence line narrowing studies of Y3AI5O12: Mn4+ // Jj 36. No. 21.min., 1986. V.1. P. 93−100.
- Low W. Absorption lines of Cr3+ in ruby // J. Chem. Phys., 1960. V .33. No. 4. P. 1162−1163.
- Шавлов A.B. «Тонкая структура спектра и особенностилюминесценции ионов хрома в окиси алюминия и окиси магния» в сб.j
- Лазеры"1 под ред. M. Е. Жаботинского и Т. А. Шмаонова — М.: ИЛ, 1963—470 с.
- Звездин А. К., Котов В. А. Магнитооптика тонких пленок. М., Наука, 1988. 192 с.
- Кринчик Г. С. Физика магнитных явлений М.: МГУ, 1985 — 336с.
- Рандошкин В.В., Червоненкис А. Я. Прикладная магнитооптика. М.: Энергоатомиздат, 1990. — 320 с.
- Mateika D., Lauren R., Rusche Ch. Lattice parameters and distribution coefficients as function of Ca, Mg and Zr concentrations in Chochralski grown rare earth gallium garnets // J. Cryst. Growth, 1982. V. 56, P. 677−689.
- Еськов H.A., Островский И. В., Крутиков А. Г. и др. Кальций-галлиевые гранаты новые подложечные материалы магнитных пленок // XVII Всесоюзная конференция по физике магнитных явлений. Тезисы докладов. Донецк, 1985. С. 87−88.
- Воронько Ю.К., Соболь А. А. Спектроскопия активаторных центров редкоземельных ионов в лазерных кристаллах со структурой граната // Труды ФИАН, 1977. Вып. 98. С.41−77.
- Voronko Yu.K., Sobol A.A. Local inhomogeneity of garnet crystals doped with rare-earth ions //Phys. Stat. Sol. (a), 1975. V.27. P. 657−663.
- Geller S. // Z. Krystallogr., 1967. V. 125. P. 1.
- Ашуров M.X., Воронько Ю. К., Осико B.B., Соболь A.A. Спектроскопические исследования структурной неупорядоченностикристаллов гранатов с примесью редкоземельных элементов //i i
- Спектроскопия кристаллов. JL, Наука, 1978.
- Voronko Yu.K., Sobol A.A. Classification and analysis of the impurity ionclusters in Y3A15012 // Phys. Stat. Sol. (a), 1975. V.27. No. 1. P. 257−263. ' *
- Ashurov M. Kh., Voronko Yu. K., Osiko V.V., et al. Spectroscopic study of stoichiometry deviation in crystals with garnet structure // Phys. Stat. Sol. (a). 1977. V. 42. No. l.P. 101−110.
- Suits J.C. // IEEE Trans. Magn. 1972. V. 8. P. 95.
- Кринчик Г. С., Четкин M.B. Обменное взаимодействие и магнитооптические эффекты в ферритах-гранатах // ЖЭТФ, 1961. Т. 41. С. 673−691.
- Wood D.L., Remeika J.P. Effect of impurities on the optical properties of yttrium iron garnet // J. Appl. Phys. 1967. V. 38, No. 3, p.1038−1045.
- Принсгейм П. Фосфоресценция и флуоресценция. ИЛ., 1951.
- Nassau К. A model for the Fe2+ Fe4+ equilibrium in flux-grown yttrium iron garnet // J. Cryst. Growth, 1968. V. 2. P. 215−221.
- Larsen P., Robertson J. Changes in optical absorption in iron garnet films due to impurity incorporation // Appl. Phys., 1976. V. 11, P. 259−263.
- Antonini В., Blank S., Lagomarsino S. et al. Stability and site occupancy of Fe4+ in Ca-doped YIG films //IEEE Trans. Magn., 1981. V. MAG-17. No. 6. P. 3220−3222.
- Roode W.H., Van de Ravert C. Annealing effects and charge compensation mechanism in calcium-doped Y3Fe5012 films //J. Appl. Phys. 1984-. V. 55.1.' !1. No. 8. P. 3115−3123.
- Грошенко H.A., А.М.Прохоров, Рандошкин B.B. и др. Исследованиеi i неоднородности состава висмутсодержащих пленок феррит-гранатовсубмикронных толщин // ФТТ, 1985. Т. 27. Вып. 6. С. 1712−1717.
- Yokoyama Y., Koshizuka N., Takeda N. Treatment effect of reducing environment on magneto-optical properties of Ca-doped Bi-substituted iron garnet films // IEEE Trans. Magn. 1985. V. MAG-21. No. 5. P. 16 616−1668 (1985).
- Sugano S., Tanabe Y., and Kamimura H. Multiplets of transition metals in? crystals. — Academic Press, New York, 1970.
- Берсукер И. Б. Электронное строение и свойства координационных соединений. Л.: «Химия», 1976. — 352 с.
- Берсукер И. Б., Полингер В. 3. Вибронные взаимодействия в молекулах и кристаллах. М.: Наука, 1983. — 336 с.
- Перлин Ю. Е., Цукерблат Б. С. Эффекты электронно-колебательного взаимодействия в оптических спектрах примесных парамагнитных ионов. — «Штиинца», 1974. 368 с.
- Грум-Гржимайло С.В., Пастернак Л. Б., Свиридова Р. К. Узкие полосы поглощения в спектрах кристаллов, содержащих хром. // Спектроскопия кристаллов. -М., Наука, 1966.
- Struve В. and Huber G. The effect of the crystal field strength on the optical spectra of Cr3+ in gallium garnet laser crystals // Appl. Phys. B, 1985. V. 36. P. 195−201.124 !f
- Файн В. M., Ханин Я. И. Квантовая радиофизика. М.: Советское радио, 1965.-608 с.
- Зарипов M. М., Шамонин Ю. Я. Парамагнитный резонанс в синтетическом рубине // ЖЭТФ, 1956. Т. 30. Вып. 2. С. 291−295.
- Грум-Гржимайло C.B. Спектры кристаллов, содержащих ионы группыi I iжелеза // Спектроскопия кристаллов. М., Наука, 1966. J
- Jloy В. «Оптические спектры твердых парамагнетиков" — в сб. «^азеры"jпод ред. M. Е. Жаботинского и Т. А. Шмаонова — М.: ИЛ, 1963 — 470 с.
- Liehr A. D., Ballhausen С. J. Intensities in inorganic complexes // Phys. Rev., 1957. V. 106. No. 6. P. 1161−1163.
- Перлин Ю. E. // ФГ! Г, 1968. T. 10. Вып. 7. С. 1941−1949.
- Каплянский A.A., Феофилов С. П., Захарченя Р. И. Оптическоеисследование долгоживущих размерно-квантованных колебательных"возбуждений в пористом оксиде алюминия // Оптика и спектр., 1995. Т.79. № 5. С.709−717.
- Герловин И.Я., Толстой H.A. Вероятности переходов из состояния 4Т2 в рубине // Спектроскопия кристаллов. М., Наука, 1975.
- Букке Е.Е., Моргенштерн З. Л. Выход люминесценции рубина // Опт. и спектр., 1963. Т. 14. Вып. 5. С. 687−690.
- Wittke J.P. Effect of elevated temperatures of the fluorescence and optical maser action of ruby // J. Appl. Phys., 1962. V. 33. No. 7. p. 2333−2335.
- Перлин Ю.Е., Цукерблат B.C. К теории температурного гашения люминесценции парамагнитных локальных центров ионных кристаллов // Изв. АН СССР, сер. физ., 1967. Т. 31. Вып. 12. С. 2007−2009.
- Цукерблат Б.С., Перлин Ю. Е. К теории многофононныхбезызлучательных переходов в парамагнитных локальных центрах //i
- ФТТ, 1965. Т. 7. Вып. |11. С. 3278−3288.
- Перлин Ю.П., Цукеррлат Б. С., Розенфельд Ю. Б. О квантовом выходе люминесценции рубина на R-линии. В сб. Спектроскопия кристаллов. -М, Наука, 1970.
- Suchocki A., Allen J. D., Powell R. С. Spectroscopy and four-wave mixing in Li4Ge50I2: Mn4+ crystals // Phys. Rev. B, 1987. V. 36. No. 13. P. 67 296 734. ! '
- Ребане K.K. Теория колебательной структуры спектров примесных кристаллов // Спектроскопия кристаллов. М., Наука, 1966.
- Берсукер И. Б. // «Спектроскопия кристаллов». — JL, Наука, 1973.
- Kaiser W., Sugano S., Wood D. L. Splitting of the emission lines of ruby by an external electric field // Phys. Rev. Lett., 1961. V. 6. No. 11. P. 605−607.
- Захарченя Б. П, Каплянский А. А. Спектры ионов с незаполненными/- и ¿-/-оболочками в кристаллах во внешних полях // Спектроскопия кристаллов. -М., Наука, 1966. о
- Sturge М. D. Effect of a static electric field on the R-lines of (3d) ions in corundum//Phys. Rev, 1964. V. 133. No. ЗА. P. A795-A800.
- Моргенштерн 3. А, Неуструев В. Б. Влияние электрического поля на поглощение и люминесценцию рубина // Спектроскопия кристаллов. -Л, Наука, 1973.
- Болеста И. М., Матковский А. О, Гальчинский А. В. и др. Необычная фотопроводимость кристаллов гадолиний-галлиевого граната // ФТТ, 1986. Т. 28. Вып. 5. С.1509−1511.
- Батенчук M. М., Волженская JI. Г., Зоренко Ю. В. и др. // Физическая электроника, 1984. Вып. 29. Львов: Вища школа. С. 32−38.
- Ельяшевич М. А. Спектры редких земель. М.: Гостехиздат, 1953. 456 с.
- Murphy J. and Ohlmann R. С. Spectrum of, Cr3+ in GdA103 // Opticali i i iproperties of ions in crystals, ed. H. M. Crosswjhite. — New York, Wiley, 1967. P. 239−250.i
- Munro R. G., Piermarini G. J., Block S., Holzapfel W. B. Model line-shape analysis for the ruby R-lines used for pressure measurement// J. Appl. Phys. 1985. V. 57. No. 2. P. 165−169.
- Savitzky A. and Golay M.J.E // Anal. Chem. 1964. V. 36. P. 1624−1628.i I
- Kosarev E.L., Pantos E. // J. Phys. E, 1983. V.16: P. 537−543.
- Davies S., Packer K.J., et al. В сб. «Maximum entropy in action», Claredon
- Press, Oxford, 1991. P.73−105. f «
- Greek L.S., Schulze H.G., et al. // Appl. Spectr. 1995. V.49. P. 425−431.
- Тихонов A.H., Арсенин В. Я. Методы решения некорректных задач. — М.: Наука, 1986.— 288 с.
- Самарский А.А. Введение в численные методы. — М.: Наука, 1982. — 272 с.
- Ozen G., Belin В., Yildirim G., Guven H. Lanthanum lutetium gallium• 3+ •garnets doped with Cr and Nd ions: analyses of elemental composition and energy transfer // Opt. Commun. 2000. V. 173. P. 341−347.
- Воронько Ю. К., Еськов H. А., Ершова Jl. М., Соболь А. А., Ушаков С. Н. Поляризованная люминесценция ионов Еи3+ в кристаллах со структурой граната// Опт. и спектр., 1991. Т. 70. Вып. 5. С. 1038−1045.
- Sugak D., Matkovskii A., Durygin A., et al. Influence of color centers on optical and lasing properties of the gadolinium gallium garnet single crystals doped with Nd3+ ions // J. Lumin. 1999. V. 82. P. 9−15.
- Gross H., Neukum J., Heber J., et al. Crystal-field analysis of Eu3±doped yttrium aluminum garnet by site-selective polarized spectroscopy // Phys. Rev. B, 1993. V. 48. No. 13. P. 9264−9272.
- Бокша O.H., Грум-Гржимайло C.B. Об определении валентности и координации иона Мп в кристаллах по оптическим спектрам. //I
- Спектроскопия кристаллов. М., Наука, 1970.
- G. Н. Dieke. Spectra and energy levels of rare earth ions in crystals — Wiley, New York, 1968.
- Феофилов П.П. Поляризованная люминесценция атомов, молекул и кристаллов. -М.: Физматгиз, 1959.
- Jamison S. P., Imbusch G. F. Temperature dependence of the luminescence from heavily doped ruby // J. Lumin. 1997. V. 75. P. 143−147.
- Бонч-Бруевич В. Jl., Калашников С. Г. Физика полупроводников. М.: Наука, 1990.-688 с.
- Huntley D. J., Short М. A., and Dunphy К. Deep traps in quartz and their use for optical dating. // Can. J. Phys., 1996. V. 74. P. 81−91.
- Стоунхэм A. M. Теория дефектов в твердых телах. — М.: Мир, 1978.
- Булярский С. В., Грушко Н. С. Генерационно-рекомбинационные процессы в активных элементах. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 1995 399 с.
- Горелик В. С., Жаботинский Е. В., Сычев А. А., Бабенко В. А. Ультрафиолетовое объемное излучение паратерфинила при дввухфотонном возбуждении // Кр. Сооб. Физ. ФИАН, 1994. № 1−2. С. 15−19.
- Конюхов В. К., Кулевский Л. А., Прохоров А. М. Оптический генератор СсШ при двухфотонном возбуждении рубиновым лазером //- ДАН СССР, 1965. Т. 164. № 5. С. 1012−1015.
- Горелик В. С., Приходько В. В. Кинетика затухания двухфотонно-возбуждаемой люминесценции в селениде цинка // Ученые записки1. А. Двухфотонно
- УлГУ, 1998. Вып. 2(5). С. 35−39.
- Басов Н. Г., Грасюк А. 3., Зубарев И. Г., и др. Полупроводниковыйквантовый генератор с двухфотонным оптическим возбуждением // ' «
- ЖЭТФ, 1966. Т. 50. Вып. 3. С. 551−559.
- Агальцов А. М., Горелик В. С., Рахматуллаев И. А. Двухфотонно-возбуждаемая флуоресценция в поликристаллах ZnO // ФТТ, 1996. Т. 38. № 11. С. 3322−3326.
- Petrenko О. A., Paul D. McK., Ritter С., et al. Magnetic frustration and order in gadolinium gallium garnet // Physica B, 1999. V. 266. P. 41−48.
- Petrenko O. A., Ritter C., Yethiraj M., Paul D. McK. Spin-liquid behaviour of the gadolinium gallium garnet // Physica B, 1997. V. 241−243. P. 727−729.
- Ramirez A. P., Kleiman R. N. Low-temperature specific heat and thermal expansion in the frustrated garnet Gd3Ga50i2 // J. Appl. Phys., 1991. V. 69. No. 8. P. 5252−5254.
- Королюк B.C., Портенко Н. И., Скороход A.B., Турбин А. Ф. Справочник по теории вероятностей и математической статистике. -М.: Наука, 1985.-640 с.
- Schawlow A.L. Advances in Quantum Electronics, Columbia Univ. Press., N.Y., 1961. P. 50.
- Struck C. W. and Fonger W. H. Unified model of the temperature quenching of narrow-line and broad-band emissions // J. Lumin. 1975. V. 10. P. 1−30. < < .i Ii i
- Englman R. and Baraett B. Quantitative theory of luminescent centres in a configurational diagram model I. Description of the method // J. Lumin. 1970. V. 3.P. 37−54.
- Barnett В. and Englman R. Quantitative theory of luminescent centres in a configurational diagram model II. Results and their interpretation // J. Lumin. 1970. V. 3. P. 55−73. ¦
- Auzel F. // Luminescence of Inorganic Solids, ed. B. Di Bartolo. — Plenum Press, New York, 1978. P. 67−113.
- Bartram R. H., Stoneham A. M. On the luminescence and absence ofr fluminescence of F-centers // Solid State Commun., 1975. V. 17. No. 12. P. 1593−1598.
- Pryce M. H. L. // Phonon, ed. R. W. Stevenson. — Oliver&Boyd, Edinburgh, 1966. P. 403−448.
- Koningstein J. A., Mortensen O. Sonnich. Laser-excited phonon Raman spectrum of garnets // J. Mol. Spectrosc. 1968. V. 27. No. 1−4. P. 343−350.
- Кристофель H. H. Теория примесных центров малых радиусов в ионных кристаллах. — М.: Наука, 1974.
- Верлань А. Ф., Сизиков В. С. Методы решения интегральных уравнений с программами для ЭВМ. — К.: Наукова думка, 1978. 292