Исследование

Эффективные лазерные кристаллы на основе трех и четырехкомпонентных фторидов CaF2-SrF2-YbF3-LuF3.


Тип исследования
Фундаментальное
Грантодающая организация
РФФИ, Правительство РМ
Номер проекта (по данным грантодающей организации)
18-42-130006 р_а
Срок реализации
2018 - 2020
Финансирование по годам
2018 2 000 000,00 ₽
Всего 2 000 000,00 ₽

Исполнители:


Несмотря на 50-летнюю историю развития фторидных лазерных материалов, их исследования остаются актуальными и в настоящее время благодаря тому набору уникальных свойств, которыми они обладают: изотропность оптических и механических свойств, большая изоморфная емкость к редкоземельным ионам, хорошая технологичность выращивания (невысокие температуры плавления <1500C, достаточно высокие скорости выращивания до 6 мм/час). Эти материалы обладают коротким фононным спектром, что благоприятно сказывается на их применениях в средней ИК-области за счет меньших потерь на безызлучательную фононную релаксацию.
Еще большую актуальность и научную новизну приобретает исследование твердых растворов тройных и четверных систем этих кристаллов. С одной стороны это обусловлено технологическими задачами получения кристаллов высокого оптического совершенства. Нахождение конгруэнтно плавящихся или близких к ним составов твердых растворов позволяет значительно увеличить скорости выращивания кристаллов при сохранении оптического качества. С другой стороны изменение базового состава кристалла на твердый раствор неизбежно скажется на свойствах оптических центров РЗ ионов в этих материалах и приведет к изменениям их спектров поглощения и люминесценции. А это в свою очередь повлияет на генерационные характеристики кристаллов. Систематических исследований влияния состава твердых растворов фторидов щелочных металлов вблизи точек конгруэнтного плавления на состав оптических центров, их соотношения и генерационные характеристики кристаллов не проводилось. Эта задача является важной для целенаправленного выбора концентраций компонентов твердых растворов и получения новых лазерных кристаллов с необходимым набором оптических центров, для конкретного РЗ иона, обеспечивающим высокую энергетическую эффективность работы лазера. Результаты реализации проекта актуальны для республики Мордовия, т.к. в регионе активно развиваются научно-производственные направления по фотонике и выращиванию новых функциональных кристаллов. А предприятия республики используют лазерные технологии.


Powered by Froala Editor


Отчет по состоянию на 15 августа 2019 г.

Исследования концентрационных серий кристаллов Ca(1-х)SrхF2 (при варьировании x от 0 до 1), активированных 4 мол.% YbF3 выявили:

 1 - для кристаллов конгруэнтного состава характерна большая пиковая интенсивность линий поглощения кластеров относительно пиковых значений поглощения тетрагональных центров по сравнению с другими кристаллами твердого раствора CaF2-SrF2,

2. - ионам Sr2+ энергетически выгодно находиться в ближайшем локальном окружении как тетрагонального центра, так и оптического центра кластера,

3. - точке конгруэнтного плавления соответствуют спектры с минимальным неоднородным уширением как линий тетрагональных центров, так и линий кластеров. Это связано с тем, что в данных кристаллах возникает упорядочение локальной структуры окружения этих оптических центров, или же повышается однородность их строения.

Подготовлен доклад и отправлены тезисы на XXV Международную конференцию «Оптика и спектроскопия конденсированных сред». 

Подготовлена статья в научный журнал "Оптика и спектроскопия".

Отчет по состоянию на 1 июля 2019 г.

Оптимизированы условия выращивания: температурный градиент, скорость выращивания, давление газа в камере. Методом РФА показано отсутствие посторонних фаз в выращенных кристаллах, уточнена кристаллографическая позицию фтора, компенсирующего избыточный заряд Yb3+.

Селективная лазерная спектроскопия ионов Yb3+ в кристаллах CaF2 : 4 мол.% YbF3 и SrF2: 4 мол.% YbF3 при температуре 20К выявила сложную неоднородную структуру линии поглощения оптических кластеров. Это свидетельствует о наличие нескольких различных позиций ионов Yb3+ в структуре кластера, или о нескольких моделях кластеров в этих кристаллах.

Проведено исследование генерационных характеристик активных элементов из кристаллов различного состава.


Отчет по состоянию на 1 апреля 2019 г.

Выращена серия кристаллов Ca(1-х)Srх F2 (при варьировании x от 0 до 1), активированных 4 мол.% YbF3, в количестве 24 шт. (плановый показатель: не менее 12 шт.)

Выращена серия кристаллов CaF2-4мол% (Lu(1-y)YbyF3); SrF2-4мол% (Lu(1-y)YbyF3) и Ca(1-х)Srх F2-4мол% (Lu(1-y)YbyF3) (при варьировании y от 0.05 до 0.15), в количестве 16 шт. (плановый показатель: не менее 12 шт.)

Найдена зависимость параметров решетки кристаллов CaF2 от концентрации активатора YbF3. 

Измерен элементный состав и построен профиль распределения активаторной примеси YbF3 в кристаллах CaF2.

Сняты спектры поглощения и люминесценции при Т=300К и Т=77К в спектральной области перехода между энергетическими уровнями 4F5/2 – 4F7/2 иона Yb3+, обзорные спектры поглощения в областях УФ и ИК- краев поглощения. Получены спектры люминесценции при селективном лазерном возбуждении в линии поглощения различных оптических центров (ОЦ) ионов Yb3+. Измерены времена жизни возбужденных состояний ионов Yb3+ для различных ОЦ, изучены спектры люминесценции с различной временной задержкой регистрации от импульса возбуждения. 

По результатам исследований подготавливаются 2 статьи в специализированные научные журналы.

Powered by Froala Editor