Фотодинамические процессы в кристаллах LiCaAlF6,LiYxLu1-xF4 и SrAlF5, активированных ионами Ce3+ тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

На правах рукописи

ПАВЛОВ Виталий Вячеславович

ФОТОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В КРИСТАЛЛАХ 1лСаА№6, ЬГ^Ьи,.^ И вгА^, АКТИВИРОВАННЫХ ИОНАМИ Се3"^ ^^ '

Специальность 01.04.05 - оптика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

1 г 1/ЮЛ 2015

Казань —2015

005570915

Работа выполнена на кафедре квантовой электроники и радиоспектроскопии ФГАОУВПО «Казанский (Приволжский) федеральный университет»

Научный доктор физико-математических наук, в.н.с. НИЛ

руководитель: Магнитной радиоспектроскопии и квантовой электроники

им. С.А. Альтшулера Института физики ФГАОУ ВПО «Казанский (Приволжский) федеральный университет» Семашко Вадим Владимирович

Официальные доктор физико-математических наук, профессор кафедры

оппоненты: общей физики ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный

университет им. Н.П. Огарева» Рябочкина Полина Анатольевна

кандидат физико-математических наук, с.н.с. лаборатории квантовой памяти и коммуникаций Казанского квантового центра КНИТУ-КАИ Герасимов Константин Игоревич

Ведущая Казанский физико-технический институт

организация: им. Е.К. Завойского КазНЦ РАН

Зашита состоится «17» сентября 2015 г. в 15 ч. 20 мин. на заседании диссертационного совета Д.212.081.07 при ФГАОУВПО «Казанский (Приволжский) федеральный университет» по адресу: 420008. г. Казань ул. Кремлевская, д. 16а, ауд. 110

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. Н.И. Лобачевского Казанского (Приволжского) федерального университета (Казань, Кремлевская, д. 35). Электронная версия размешена на официальных сайтах ВАК при Министерстве образования и науки РФ (vak2.ed.gov.ru) и Казанского (Приволжского) федерального университета (kpfu.ru).

Автореферат разослан «си» июня 2015 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета: д.ф.-м.н., профессор

Камалова Д.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В настоящее время имеется потребность в простых компактных перестраиваемых лазерах ультрафиолетовой (УФ) области спектра, обеспечивающих высокую однородность и малую расходимость пучка УФ излучения в совокупности с заданными временными и энергетическими характеристиками. Данные лазеры востребованы в системах мониторинга окружающей среды, системах безопасности, нано- и микротехнологиях, в инфо-коммуникационных и энергосберегающих отраслях, в биомедицинских приложениях.

При этом широко используемые газовые лазеры и лазеры с нелинейным преобразованием частоты во многом не удовлетворяют требованиям практики. Так, например, излучение эксимерных лазеров, имея высокие энергетические характеристики, не перестраивается в широком диапазоне длин волн и обладает плохими пространственными характеристиками (высокая расходимость и неоднородность пучка). В свою очередь, лазеры с нелинейным преобразованием частоты являются крайне сложными с эксплуатационной точки зрения.

В то же время еще в 1977 году было показано, что одним из возможных путей решения имеющейся проблемы является использование твердотельных УФ лазеров, функционирующих на разрешенных по четности 4Г~'5(3-4Г (5(1-41} переходах редкоземельных ионов, внедренных в широкозонные диэлектрические кристаллы [1]. К сожалению, на сегодняшний день известны лишь несколько твердотельных активных сред, пригодных для практического использования в лазерах УФ диапазона, оптические и лазерные свойства которых не подвержены существенной деградации в процессе эксплуатации.

Многочисленные исследования (см., например, [2]) показали, что основной причиной такой деградации, наблюдающейся для подавляющего большинства материалов, является одно- или многоступенчатая фотоионизация примесных ионов, приводящая к образованию свободных носителей заряда обоих знаков в соответствующих энергетических зонах кристаллических матриц с последующей их локализацией на дефектах решетки и образованием центров окраски. Итогом этих процессов являются дополнительные потери в активной среде, увеличивающие порог возбуждения генерации, ухудшающие энергетические характеристики существующих лазеров. Более того, они могут являться причиной, по которой лазерная генерация

наблюдается лишь в течение нескольких первых импульсов накачки или ее даже не удается возбудить во многих кажущихся перспективными активированных кристаллических материалах.

Поэтому исследования спектров фотоионизации примесных ионов в кристаллах актуальны не только с точки зрения фундаментальной науки, но и с точки зрения практики. Так, с одной стороны, исследование фотоионизации примесных ионов и последующих за ней фотодинамических процессов в активированных материалах позволяет расширить наши представления о взаимодействии оптического излучения с системой «активаторный ион - кристаллическая матрица», выявить закономерности и характеристики такого взаимодействия, а с другой - выработать практические рекомендации по химическому составу материалов, способов и условий их накачки, которые бы способствовали минимизации вредного влияния фотодинамических процессов.

Целью диссертационной работы является:

1. Исследование фотоэлектрических явлений и спектрально-кинетических характеристик сопутствующих им фотодинамических процессов в широкозонных диэлектрических кристаллах 1лСаА1Р6, 1лЬиР4, 1лУР4, ПУо^Ьио^, БгАЦ^, активированных ионами Се3+ и УЬ3+, при их возбуждении в области электронных 4£-5<1 переходов ионов Се3+ (диапазон длин волн 240 — 310 нм);

2. Выработка рекомендаций по оптимизации химического состава и условий оптической накачки церий-содержащих активных материалов для перестраиваемых УФ лазеров.

Объектами исследований диссертационной работы являлись перспективные материалы квантовой электроники УФ диапазона спектра - фторидные кристаллы иСаАШб, ЫЬи¥4, 1лУР4, иУо^Ьио^, БгАЦ^, активированные ионами Се3+ и УЬ3+. С целью апробации новых методик измерения также исследовался кристалл У3А15012:Се3+.

Задачи диссертационной работы состояли в следующем:

1. Создание экспериментальной установки, реализующей две методики исследования фотопроводимости активированных диэлектрических кристаллов -методику с накладными электродами и резонансную СВЧ методику с широкополосным квадратурным смесителем;

2. Проведение экспериментов по изучению фотоэлектрических явлений в исследуемых церий-активированных кристаллах, возникающих при резонансном 4£-5(1 возбуждении ионов Се3+ с помощью реализованной установки и определение природы возникновения фотопроводимости исследуемых кристаллов в области длин волн возбуждения 240 - 310 нм;

3. Определение оптимальной длины волны накачки исследуемых кристаллов и роли соактиваторных ионов УЬ3+ и УЬ2+ на протекающие фотодинамические процессы.

Научная новизна заключается в следующем:

1. Впервые проведены комплексные исследования фотоэлектрических явлений и связанных с ними фотодинамических процессов в кристаллах ЫСаАШб, 1лЬиР4, 1лУТ4, LiYo.5Luo.5F4, 8гА1Р3, активированных ионами Се3+ и УЬ3+, с использованием комбинации методов оптической, лазерной и диэлектрической спектроскопии;

2. Впервые были оценены времена жизни электронов в зоне проводимости, образующихся при фотоионизации ионов Се3+ в исследованных фторидных кристаллах, и изучены изменения поляризуемости кристаллов при резонансном 4Г-5с1 возбуждении ионов Се3+;

3. Впервые по результатам исследований кинетики 5с1-4Г люминесценции ионов Се3+ и нелинейного поглощения церий-активированных кристаллов 1лЬиР4, ЫУР4, LiYo.5Luo.5F4, БгАП^ определены основные параметры фотодинамических процессов и их спектральные зависимости в диапазоне 240 - 310 нм: сечение фотоионизации ионов Се3+ из возбужденного 5с1-состояния, сечение фотоионизации центров окраски, сечение рекомбинации носителей заряда через возбужденные 5(1-состояния ионов церия Се3+, сечение захвата электронов дефектами решетки;

4. Показано, что немонотонный характер спектров одно- и многофотонной фотоионизации ионов Се в кристаллах У3А15012:Се3+, 1лСаА1Р6 и LiYxLu1.xF4-.Ce (х = 0; 0,5; 1) обусловлен электронными переходами на состояния смешанных конфигураций активаторных ионов, локализованные вблизи или внутри зоны проводимости матрицы-основы.

Научная значимость и практическая ценность работы:

1. Создана резонансная СВЧ установка с широкополосным квадратурным балансным смесителем, реализующая бесконтактный метод исследования фотодиэлектричекого эффекта в активированных кристаллах и позволяющая исследовать динамику фотоиндуцированных процессов с 5-наносекундным временным разрешением;

2. Разработана оригинальная методика исследования фотоиндуцированных процессов в церий-активированных материалах по спектральным и энергетическим зависимостям кинетики 5с1-4Г люминесценции ионов Се3+;

3. Выработаны рекомендации по выбору условий накачки исследованных активированных материалов для повышения их фотохимической стабильности и улучшения энергетических и эксплуатационных характеристик УФ лазеров на их основе.

Методы исследования. В настоящей диссертационной работе использовались традиционные методы оптической спектроскопии по исследованию спектров поглощения и люминесценции кристаллов, кинетики люминесценции примесных ионов, методы лазерной спектроскопии по регистрации нелинейного поглощения активированных кристаллов и методы диэлектрической спектроскопии по исследованию фотопроводимости, такие как резонансный СВЧ метод и метод с накладными электродами.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Исследования рекомбинационного вклада в кинетику 5 (1-4 Г люминесценции ионов Се3+ позволяют оценить численные значения параметров фотодинамических процессов, таких как сечение фотоионизации ионов Се3+ из возбужденного 5(!-состояния, сечение фотоионизации центров окраски, сечение рекомбинации через возбужденные 5с!-состояния ионов церия Се3+, сечение захвата электронов дефектами решетки;

2. Изменение поляризуемости исследуемых в работе церий-активированных кристаллов при возбуждении в диапазоне длин волн 240 - 310 нм обусловлено межконфигурационными 4£-5с1 переходами ионов Се3+, а не процессами поглощения центрами окраски излучения возбуждения;

3. Немонотонный характер спектров одно- и многофотонной фотоионизации ионов Се3+ в кристаллах УзА150|2:Сс3^, LiCaAlF6 и LiYxLui_xF4:Ce3~ (х = 0; 0,5; 1) обусловлен электронными переходами на состояния смешанных конфигураций активаторных ионов, локализованные вблизи или внутри зоны проводимости матрицы-основы;

4. Соактивация ионами Yb3+ исследуемых в работе кристаллов не приводит к уменьшению времени жизни свободных носителей заряда в соответствующих энергетических зонах матрицы-основы, а только уменьшает концентрацию и среднее время жизни ансамбля долгоживущих центров окраски, индуцированных УФ излучением возбуждения.

Достоверность полученных результатов обеспечена тщательным планированием и постановкой экспериментов, использованием современного поверенного экспериментального оборудования, хорошо себя зарекомендовавших методик, корректной апробацией вновь созданной экспериментальной установки, а также соответствием полученных данных теоретическим и экспериментальным результатам независимых исследований, опубликованных в научной литературе. Кроме того, результаты исследования докладывались и обсуждались на конференциях различного уровня и опубликованы в ведущих реферируемых российских и зарубежных журналах.

Апробация работы производилась на 11 международных и 1 всероссийской конференциях, названия и места проведения которых представлены в списке работ, опубликованных по теме диссертации [А7 - А18].

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в шести статьях [Al - А6] в рекомендованных ВАК журналах и в двенадцати сборниках тезисов и материалов конференций [А7 — Al8].

Личный вклад автора состоит в анализе литературных данных по теме диссертации; участии в обсуждении и постановке целей и задач исследования; в реализации экспериментального комплекса, позволяющего исследовать фотодиэлектрический эффект в активированных диэлектрических кристаллах как традиционным методом с накладными электродами, так и резонансным СВЧ методом; в проведении экспериментальных исследований методами оптической, лазерной и диэлектрической спектроскопии и анализе экспериментальных данных с

применением методов математического моделирования; в интерпретации полученных результатов и выработке рекомендации по оптимизации условий оптической накачки церий-содержащих материалов.

Неоценимая помощь при проведении диссертационных исследований была оказана руководителем работы Семашко В.В., которому принадлежит участие в постановке задачи исследования, обсуждении экспериментальных результатов. Соавторы совместных публикаций Кораблева СЛ., Марисов М.А. и Гордеев Е.Ю. синтезировали исследуемые в работе фторидные кристаллы. Соавторы Ефимов В.Н. и Рахматуллин P.M. участвовали в создании резонансной СВЧ установки. Соавторы Гориева В.Г. и Ивойлов Н.Г. оказали содействие в проведении экспериментов по рентгенофлюоресцентному анализу выращенных образцов. Соавтором Юнусовой А.Н. были проведены эксперименты по исследованию спектроскопических свойств кристаллов SrAIF5:Ce3+, SrAlF5:Ce3+,Yb3+. Соавтором Нуртдиновой JI.A. проведены исследования спектров поглощения кристаллов двойных фторидов со структурой шеелита в ВУФ области спектра и оказано содействие в интерпретации экспериментальных результатов. 1

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка авторских публикаций по теме диссертации и списка литературы, включающего 131 наименований. Объем диссертационной работы составляет 153 страницы, включая 66 рисунков и 5 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приведен литературный обзор, обобщающий сведения об основных фотодинамических процессах, индуцируемых в активированных кристаллах при внешнем оптическом воздействии. Описано их влияние на оптические, лазерные и диэлектрические свойства активированных кристаллов. В заключении главы перечислены основные методы оптической и диэлектрической спектроскопии, успешно применяемые при исследовании процессов фотоионизации примесных ионов в диэлектрических кристаллах. Показано, что методы оптической спектроскопии не позволяют напрямую исследовать появление свободных электронов в зоне проводимости. Поэтому для адекватного описания индуцированных УФ излучением накачки фотодинамических процессов в церий-активированных

кристаллах, и особенно процессов фотоионизации в них примесных ионов, необходимо использовать комбинацию методов оптической и диэлектрической спектроскопии.

Применимость методов диэлектрической спектроскопии для исследования фотодинамических процессов в активированных кристаллах обусловлена фотодиэлектрическим эффектом, который заключается в изменении диэлектрической проницаемости среды (е* = si — js2) под действием электромагнитного излучения. Изменение мнимой части диэлектрической проницаемости öe2 связано с фотопроводимостью кристалла - образованием свободных носителей заряда в энергетических зонах матрицы-основы. В свою очередь, изменения действительной части диэлектрической проницаемости Sej кристалла в результате воздействия на него внешнего электромагнитного излучения обусловлены изменением поляризуемости всего кристалла.

Во второй главе приведен обзор кристаллохимических свойств кристаллов LiLuF4, LiYF4, LiYo.5Luo.5F4, SrAIF5, LiCaAlF6, активированных ионами Се3+ и Yb3+, описаны особенности их выращивания и подготовки для исследования. Также в главе приведено описание технических особенностей применяемых методов оптической и диэлектрической спектроскопии. Особое внимание уделено реализованной в рамках диссертационных исследований резонансной СВЧ установке в 8-миллиметровом диапазоне длин волн.

Особенностью реализованной СВЧ установки, по сравнению с имеющимися аналогами, является то, что она позволяет с 5-наносекудным временным разрешением разделить и одновременно регистрировать сигнал от изменения поляризуемости кристалла Sei и сигнал фотопроводимости де2.

Результаты апробации реализованной резонансной СВЧ установки приведены в третьей главе на примере исследования фотопроводимости кристалла Y3Al50i2:Ce3+. Для этого результаты, полученные с помощью резонансной СВЧ установки, сравнивались с результатами исследования данного кристалла традиционным методом измерения фотопроводимости с помощью накладных электродов, заключающегося в непосредственном измерении величины фототока, протекающего через измерительную ячейку с образцом.

В результате успешной апробации экспериментальной СВЧ установки был зарегистрирован спектр фотопроводимости кристалла УзА^О^Се3* в диапазоне длин волн 240 - 280 нм, соответствующий одноступенчатому электронному переходу примесных ионов Се3+ с 4£-состояния на возбужденные 5<1-состояния, локализованные в зоне проводимости матрицы. Также было показано, что реализованная резонансная СВЧ установка позволяет избежать тех артефактов, которые возникают при измерении фотопроводимости с помощью накладных электродов.

Четвертая глава содержит результаты исследования фотодинамических процессов в исследуемых фторидных кристаллах, полученные методами оптической, лазерной и диэлектрической спектроскопии. Описание исследований фотодинамических процессов построено 1 таким образом, чтобы с каждым последующим объектом исследования добавлять в рассмотрение все более новые процессы с участием носителей заряда.

Первым объектом исследования был выбран кристалл 1лСаАШ6, активированный ионами Се3+. По данным ранее проведенных оптических исследований [3] в данном кристалле при резонансном 4Г-5<1 возбуждении ионов Се3+ процессы соляризации (образования центров окраски) практически отсутствуют. Поэтому его спектр фотопроводимости в основном должен определяться только процессами ступенчатой фотоионизации примесных ионов.

Исследования кристалла 1ЛСаА1Р6:Се3+ с помощью резонансной СВЧ установки в диапазоне длин волн возбуждения 240 - 290 нм показали, что среднее время жизни свободных электронов в зоне проводимости составляет около 10 не, а время восстановления начальной поляризуемости кристалла после воздействия лазерным излучением составляет порядка нескольких сотен наносекунд. Обнаружено, что спектральная зависимость изменения действительной части проницаемости де^Х) под действием лазерного излучения повторяет спектр поглощения ионов Се3+. На этом этапе был сделан вывод о том, что межконфигурационные 41-5с1 переходы ионов церия вносят основной вклад в изменение поляризации кристалла. Вид спектра фотоионизации ионов Се3+ из возбужденного 5<1-состояния определялся из отношения спектра фотопроводимости дв2(1) к спектру 6е,().). Основываясь на сравнении спектра поглощения кристалла 1лСаА1Р6:Се3+ со спектром дг2(Х)/8е1(к) (рисунок 1), было

Длина волны, им

Рисунок 1 - Сравнение неполяризованного спектра поглощения кристалла 1лСаА1Р6:Се3+ [3] со спектральной зависимостью отношения 3Е2(А)/Зе1(А), сдвинутого в коротковолновую область спектра на величину равную энергии низкоэнергетического 5с1-состояния ионов Се3+

установлено, что облучение кристалла 1лСаА1Р6:Се3+ в области длин волн возбуждения 240 - 290 нм приводит к двухступенчатой фотоионизации ионов Се3+ в результате последовательных электронных переходов 4Т —* 5<1 —> 6э. При этом состояние бе-конфигурации локализованы в зоне проводимости матрицы-основы.

Для выявления вклада процессов фотоионизации центров окраски при формировании сигнала фотопроводимости исследовались кристаллы 1лУхЬи1_хР4 (х = 0; 0,5; 1), активированные ионами Се3+ и УЬ3+, в которых под действием УФ излучения происходит интенсивный процесс образования наведенных центров окраски [4].

С использованием резонансной СВЧ установки было установлено, что среднее время жизни свободных электронов, индуцируемых в кристаллах 1лУхЬи1_хР4:Се3+ (х = 0; 0,5; 1) и 1лУхЬи1_хР4:Се3+,УЪ3+ (х = 0; 0,5) под действием излучения возбуждения в области длин волн 240 - 310 нм, составляет около 10 не. При этом затухание сигнала от изменения поляризуемости кристалла ¿с/ формально может быть представлено в виде двух составляющих. Короткоживущая компонента характеризуется временем затухания порядка нескольких сотен наносекунд и не зависит от допирования кристалла ионами иттербия. Время затухания долгоживущей компоненты уменьшается примерно в два раза при дополнительной соактивации кристаллов ионами УЪ3+, что связано с уменьшением концентрации и времени жизни долгоживущих центров окраски. Так же, как и в случае кристалла 1лСаА1Р6:Се3+ обнаружено, что межконфигурационные 4Р-5с1 переходы ионов церия в кристаллах

1лУх1д11_хр4:Се3+ (х = 0; 0,5; 1) вносят основной вклад в изменение поляризации кристалла, больший, чем процессы поглощения центрами окраски излучения возбуждения.

Для определения природы возникновения фотопроводимости кристаллов иУх1л1|_хР4:Се3+ (х = 0; 0,5; 1) и 1лУх1л11.хР4:Се3+,УЬ3+ (х = 0; 0,5) при их возбуждении на длинах волн, резонансных к 4£-5с1 переходам ионов Се3+, использовался вновь разработанный метод, основанный на математическом анализе кинетики 5ё-4Г люминесценции ионов Се3+ [А1, А2]. Основная идея метода заключается в исследовании вклада рекомбинационной составляющей в неодноэкспоненциальной кинетике 5ё-4Глюминесценции ионов Се3+.

Путем математического моделирования кинетик 5с1^ люминесценции ионов Се3+, зарегистрированных при различных длинах волн возбуждающего излучения, были определены спектральные зависимости сечения фотоинизации ионов Се3+ из возбужденных 5с1-состояний и сечения ионизации центров окраски для кристаллов 1лЬиР4:Се3+ и 1лУР4:Сс3+. Анализ полученных результатов показывает, что полоса в зарегистрированных спектрах фотопроводимости с максимумом на 265 нм обусловлена двухступенчатой фотоионизацией ионов Се3+ в результате последовательных переходов —> 5<1 —> бе, при этом состояние бе-конфигурации ионов Се3+ локализовано в зоне проводимости (рисунок 2). Нарастание спектра фотопроводимости в коротковолновой области интерпретируется как результат двух процессов: фотоионизации ионов Се3+ непосредственно в зону проводимости и деструкции (фотоионизации) центров окраски. Было также установлено, что соактивация кристаллов ПУхЬи|.хР4:Се3+ (х = 0; 0,5; 1) ионами УЬ3+, которая повышает их фотохимическую стабильность, никак не влияет на вид спектров фотоионизации ионов Се3+ в заданном спектральном диапазоне.

Однако не для всех церий-активированных фторидных кристаллов метод соактивации ионами УЪ3+ является эффективным с точки зрения уменьшения негативного влияния фотодинамических процессов на лазерную генерацию. Это связано с тем, что в некоторых кристаллах примесный ион иттербия может входить в кристаллическую решетку как в трехвалентном, так и двухвалентном состоянии. Влияние ионов УЪ2+ на фотодинамические процессы исследовалось на примере кристаллов ЭгА1р5, активированных ионами Се3+ и УЪ3+/2+. Эксперименты

120 150 180 210 240 270 300 330 Длина волны, нм

Рисунок 2 - Сравнение спектра поглощения кристалла LiYF4:Ce3+ и спектра фотоионизации ионов Се3+ из возбужденного 5<1-состояпня, сдвинутого в коротковолновую область спектра на величину, равную энергии низкоэнергетического 5ё-состояния ионов Се3+

проводились в спектральном диапазоне 240 - 280 нм. Было установлено, что в кристаллах SrAlF5:Ce и SrAlF5:Ce3+,Yb3+ среднее время жизни свободных носителей заряда составляет около 8 не, а время восстановления начальной поляризуемости исследуемых кристаллов - порядка нескольких сотен наносекунд. Обнаружено, что зарегистрированный спектр дс/(Х) качественно согласуется со спектром поглощения исследуемых кристаллов. Поэтому, как и ранее, можно утверждать, что основной вклад в изменение поляризуемости кристалла вносят межконфигурационные переходы ионов Се3+ и Yb2+.

Для интерпретации спектра фотопроводимости 5с2(Х) использовался метод, основанный на математическом анализе нелинейного поглощения излучения возбуждения. В результате моделирования зарегистрированных спектральных зависимостей коэффициента поглощения кристаллов от плотности энергии возбуждения были определены спектры сечения фотоинизации ионов Се3+ из возбужденных 5с1-состояний и сечения ионизации центров окраски для кристаллов SrAlF5:Ce3+ и SrAlF5:Ce3+,Yb3+. Полученные результаты моделирования позволили установить, что спектр фотопроводимости кристаллов SrAlF5:Ce и SrAlF5:Ce3+,Yb3+ в диапазоне длин волн возбуждения 240 - 280 нм обусловлен двумя процессами: двухступенчатой фотоионизацией ионов Се3+ и одноступенчатой деструкцией (фотоионизацией) центров окраски. При этом процессы фотоионизации ионов Yb2+ не дают вклад в фотопроводимость образцов в исследуемом спектральном диапазоне. Основываясь на исследованиях фотопроводимости кристаллов CaF2, BaF2 и SrF2,

13

активированных ионами Yb2+ [5], можно предположить, что в кристалле SrAlF5:Ce3+,Yb3+ фотоионизация ионов Yb2+ наблюдается при более коротковолновом возбуждении.

В заключении приводятся основные результаты работы, а также формулируются следующие выводы:

1. Результаты, получаемые комбинированием методов оптической и диэлектрической спектроскопии, взаимно дополняют друг друга, позволяют адекватно описать протекающие фотодинамические процессы в активированных диэлектрических кристаллах в условиях интенсивного УФ возбуждения и оценить численные значения их основных параметров;

2. Немонотонный характер спектров одно- и многофотонной фотоионизации ионов Се в кристаллах Y3AI50i2:Ce3+, LiCaAlF6 и LiYxLui_xF4:Ce (х = 0; 0,5; 1) обусловлен электронными переходами на состояния смешанных конфигураций активаторных ионов, локализованные вблизи или внутри зоны проводимости матрицы-основы;

3. Соактивация кристаллов LiYxLu,.xF4:Ce3+ (х = 0; 0,5; 1) и SrAlF6:Ce3+ ионами Yb3+ приводит к уменьшению концентрации и эффективного времени жизни ансамбля долгоживущих центров окраски, при этом существенные изменения времени жизни свободных носителей заряда в энергетических зонах кристаллов не наблюдаются;

4. Для увеличения эффективности лазерной генерации кристалл LiCaAlF6:Ce3+ желательно накачивать излучением с длиной волны, превышающей 270 нм, а кристаллы LiYxLui_xF4:Ce3+ (х = 0; 0,5; 1) - в спектральном диапазоне 290 - 300 нм.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

А1. Павлов, В.В. Новый метод исследования спектров поглощения из возбужденных состояний и фотодинамические процессы в кристаллах LiLuF4 и LiYF4, активированных ионами Се3+ / В.В. Павлов, М.А. Марисов, В.В. Семашко, А.К. Наумов И Ученые записки Казанского университета. - 2010. - Т. 152. - С. 119-124

А2. Pavlov, V.V. A new technique of the excited-state photoionization studies in Ce:LiYF4 and Ce:LiLuF4 crystals / V.V. Pavlov, M.A. Marisov, V.V. Semashko, A.S. Nizamutdinov, L.A. Nurtdinova, S.L. Korableva // Journal of Luminescence. - 2013. -V. 133.-P. 73-76

A3. Pavlov, V.V. Investigation of the photoionization of Ce3+ ions in YAG crystal by microwave resonant technique / V.V. Pavlov, V.V. Semashko, R.M. Rakhmatullin, V.N. Efimov, S.L. Korableva, L.A. Nurtdinova, M.A.Marisov, V.G. Gorieva // JETP Letters. -2013.-V. 97.-P. 1-4

A4. Pavlov, V.V. EPR, optical, and dielectric spectroscopy of Er-doped cerium dioxide nanoparticles / R.M. Rakhmatullin, I.N. Kurkin, V.V. Pavlov, and V.V. Semashko// Phys. Status Solidi B. - 2014. - V. 8 - P. 1545-1551

A5. Pavlov, V.V. Photoconductivity and photodielectric effect in LiY,_xLuxF4 crystals doped with Ce3+ and Yb3+ ions / V.V. Pavlov, V.V. Semashko, R.M. Rakhmatullin, S.L. Korableva // Optics and Spectroscopy. - 2014. - V. 116. - P. 739-742

A6. Pavlov, V.V. Photoconductivity of SrAlF5 crystals doped with Ce3+ ions/ V.V. Pavlov, V.V. Semashko, A.N. Yunusova, M.A. Marisov // Journal of Physics: Conference Series. - 2014. - V. 560. - P. 012013

A7. Павлов, B.B. Исследование спектров поглощения из возбужденных 5d-состояний ионов Се3+ в кристалле LiLuF4 / B.B. Павлов, M.A. Марисов, B.B. Семашко, А.К. Наумов, C.JI. Кораблева, А.С. Низамутдинов // Труды VI Международной конференции молодых ученых и специалистов "0птика-2009", Санкт-Петербург, Россия. - 2009. - С. 45-48

А8. Павлов, В.В. Исследование фотодинамических процессов в кристаллах LiLuF4 и LiYF4 активированных ионами Се3+ / В.В. Павлов, М.А. Марисов, В.В. Семашко, А.К. Наумов, C.JI. Кораблева, А.С. Низамутдинов // Сборник статей XIII Международной молодежной научной школы «Когерентная оптика и оптическая спектроскопия», Казань, Россия. - 2009. - С. 202-205

А9. Pavlov, V.V. ESA and activator ions photoionization spectra investigations of Ce:YLF and Ce:LiLuF4 single crystals / V.V. Pavlov, V.V. Semashko, A.K. Naumov, S.L. Korableva, L.A. Nurtdinova, A.S. Nizamutdinov II Abstracts and Program of XIV International Feofilov symposium on spectroscopy of crystals doped with rare earth and transition metal ions, St. Petersburg, Russia. - 2010. - We-P-46. - P. 116-117

A10. Pavlov, V.V. Excited-state photoionization processes in Ce-doped crystals / V.V. Pavlov, M.A. Marisov, V.V. Semashko, A.K. Naumov, S.L. Korableva, A.S. Nizamutdinov, L.A. Nurtdinova // Abstracts and Program of 16th International Conference on Luminescence & Optical Spectroscopy of Condensed Matter (ICL 2011), Ann Arbor, MI, USA. -2011,- TuQ2

All. Павлов, B.B. Исследования спектров фотоионизации ионов Се3+ в кристаллах резонансной СВЧ методикой / В.В. Павлов, В.В. Семашко, P.M. Рахматуллин, В.Н. Ефимов, А.С. Низамутдинов, JI.A. Нуртдинова, C.JI. Кораблева // Сборник статей XV Международной молодежной научной школы «Когерентная оптика и оптическая спектроскопия», Казань, Россия. - 2011.-С. 187-190

А12. Павлов, В.В. Исследование спектров фотоионизации примесных ионов резонансной СВЧ методикой / В.В. Павлов, В.В. Семашко, P.M. Рахматуллин, В.Н. Ефимов, М.А. Марисов, В.Г. Гориева, О.А. Морозов, С.А. Шнайдман // Сборник тезисов Российской молодежной конференции по физике и астрономии «ФизикА.СПб», Санкт-Петербург, Россия. - 2012. - С. 163-164

А13. Pavlov, V.V. One- and two-step photoionization spectra of Ce3+ ions in YAG crystal / V.V. Pavlov, V.V. Semashko, R.M. Rakhmatullin, A.K. Naumov // Abstracts of the Fourth International Workshop on Advanced Spectroscopy and Optical Materials, Gdansk, Poland.-2013.-06. P. 55

А14. Pavlov, V.V. Photodynamic processes in LiYi.xLuxF4 crystals activated Ce3+ ions / V.V. Pavlov, V.V. Semashko, R.M. Rakhmatullin, S.L. Korableva, L.A. Nurtdinova // Abstract Book of 18th International Conference on Dynamical Processes in Excited States of Solids (DPC'13), Fuzhou, China. - 2013. - P. 105

A15. Pavlov, V.V. Photoconductivity and photodielectric effect in LiY!_xLuxF4 crystals doped by Ce3+ and Yb3+ ions / V.V. Pavlov, .V. Semashko, R.M. Rakhmatullin, S.L. Korableva, L.A. Nurtdinova // Abstracts and Program of XV International Feofilov Symposium on Spectroscopy of Crystals Doped with Rare Earth and Transition Metal Ions, Kazan, Russia. - 2013. - TuII-14. - P. 70

A16. Pavlov, V.V. Transient responses of the dielectric permittivity of LiLuF4 crystals doped by Ce3+ and Yb3+ ions / V.V. Pavlov, V.V. Semashko, R.M. Rakhmatullin, S.L. Korableva // Proceedings of XVI International Youth Scientific School "Actual Problems of Magnetic Resonance and its Applications" (School-2013), Kazan, Russia. -2013.-P. 71-72

A17. Pavlov, V.V. Photoinduced processes in Ce3+ doped SrAlF5 crystal / V.V. Pavlov, V.V. Semashko, A.N. Yunusova, M.A. Marisov // Proceedings of XVII International Youth Scientific School "Actual Problems of Magnetic Resonance and its Applications" (School-2014), Kazan, Russia. - 2014. - P. 66-68

A18. Павлов, B.B. Фотопроводимость и фотодиэлектрический эффект в кристаллах, активированных ионами Се3+ / В.В. Павлов, В.В. Семашко, P.M. Рахматуллин, С.Л. Кораблева // Сборник трудов 13-й Международной научной конференции-школы "Материалы нано-, микро-, оптоэлектроники и волоконной оптики: физические свойства и применение", Саранск, Россия. - 2014. - С. 127

СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Yang, К. Н. UV fluorescence of cerium-doped lutetium and lanthanum trifluorides, potential tunable coherent sources from 2760 to 3220 A / К. H. Yang, J. A. DeLuca // Appl. Phys. Lett. - 1977. - V. 31, N 9. - P. 594-596

2. Hamilton, D. S. Trivalent cerium doped crystals as tunable system. Two bad apples / D.S. Hamilton // Tunable Solis-State Lasers / P. Hammerling, A. B. Budgor and A. Pinto eds. - Berlin: Springer-Verlag, 1985. - P. 80-90

3. Semashko, V. V. The Excited State Absorption from the 5d-States of Ce3+ Ions in LiCaAlF6 Crystals / V. V. Semashko, R. Yu. Abdulsabirov, S. L. Korableva, A. K. Naumov, В. M. Galjautdinov, A. C. Cefalas, Z. Kollia, E. Sarantopoulou // Proc. of SPIE, Photon Echo and Coherent Spectroscopy'97 (29 June-4 July 1997, Yoshkar-Ola, Russia) -1997-V.3239.-P. 240-245

4. Laroche, M. Beneficial effect of Lu3+ and Yb3+ ions in UV laser materials/ M. Laroche, S. Girard, R. Moncorge, M. Bettinelli, R. Abdulsabirov, V. Semashko // Optical Materials. - 2003. - V. 22. - P. 147-154

5. Moine, B. Luminescence and photoionization processes of Yb2+ in CaF2, SrF2 and BaF2 / B. Moine, B. Courtois, C. Pedrini // Journal de Physique. - 1989. - V. 50. - P. 2105-2119

Подписано в печать 18.06.2015. Бумага офсетная. Печать цифровая. Формат 60x84 1/16. Гарнитура «Times New Roman». Усл. печ. л. 0,93. Уч.-изд. л. 0,10. Тираж 100 экз. Заказ 149/6

Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии Издательства Казанского университета

420008, г. Казань, ул. Профессора Нужина, 1/37 тел. (843) 233-73-59,233-73-28