Исследование влияния процессов переноса энергии электронного возбуждения на люминесцентные и генерационные свойства активных сред тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

Кубанский государственный университет (КубГУ)

На правах рукописи УДК 535.35

ТУМАЕВ ЕВГЕНИЙ НИКОЛАЕВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕНОСА ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОННОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ НА ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ И ГЕНЕРАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА АКТИВНЫХ СРЕД

(01.04.07 - физика твердого тела)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Краснодар, 1995 г.

Работа выполнена в Кубанском государственном университете

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук,

доцент АВАНЕСОВ А.Г.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

КАРАСИК А.Я.,

кандидат физико-математических наук БОГАТОВ Н.М.

Ведущая организация: Ростовский государственный университ

Защита состоится

9

/-Ю А ГЬЛ

.1995

часов на заседании Специализированного ученого Сов< К063.73.02 по защите диссертаций на соискание ученой стет кандидата физико-математических наук в Кубанском государств« ном университете (г. Краснодар, ул.Ставропольская, I! комн. ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанскс университета.

Автореферат разослан

- 3

С? (С-Т Я 1995 I

/

Ученый секретарь Совета, доцент, канд. физ.-мат. наук

А.А.Евдокимов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из наиболее широко распростра-1ных явлений в природе является перенос энергии от возбуж-1ных атомов или или молекул к невозбужденным. Многие важные юномерности деградации возбуждения в твердых телах, жид-лях, газах могут быть поняты с позиций переноса энергии, сность теоретического и экспериментального изучения про-:сов переноса энергии возбуждения стимулирует большое коли-:тво работ, посвященных этому вопросу. Однако, несмотря на гыюе количество исследований по физике переноса энергии, ?ается большое количество нерешенных вопросов. Одним из та: вопросов, вызывающих постоянный интерес, является изучение »ызлучательного переноса энергии электронного возбуждения в ¡рдотельных матрицах, содержащих примесные и собственные оп-[еские центры (Щ): ионы редкоземельных, переходных метал-I, вакансии и т.п. Практический интерес к таким матрицам •словлен их широким применением в лазерной физике, светотех-,е, оптоэлектронике и других областях техники. Общей тенден-й развития этих областей является уменьшение размеров уст-:ств и увеличение отдаваемой мощности, т.е. повышение энер-ъема с единицы объема активных сред, что требует повышения центрации примесных центров и уровней их возбуждения. Одна-при высокой концентрации центров и высоких уровнях накачки цессы деградации возбуждения становятся весьма сложными и еко не всегда описываются современными теориями переноса ргии. В связи с этим весьма актуальным становится вопрос

изучения процессов деградации электронного возбуждения в кс денсированных средах при высоких уровнях накачки.

Целью диссертационной работы является теоретическое иг чение процессов переноса энергии электронного возбуждения учетом тех процессов, которые развиваются при высоких уровг возбуждения, таких, как выбывание акцепторов, кросс-релакса] онные процессы, суммирование возбуждений (взаимодействие ме; возбужденными состояниями), когерентные взаимодействия цен ров, и исследование их влияния на спектроскопические и генер ционные свойства активных сред.

Научная новизна работы состоит в следующих основных результате«:

- предложен метод описания процессов безызлучательно переноса энергии электронного возбуждения с помощью управлз щего уравнения для вероятности обнаружить в заданный моме времени определенное число возбужденных доноров и акцепторов образце. Получена цепочка зацепляющихся кинетических уравнен для населенностей донорной и акцепторной систем примесн центров;

- полученное количественное описание динамики тушения 1 минесценции доноров и разгорания акцепторов с учетом их выб вания позволило найти явный вид кинетик и функций потерь в н которых частных случаях и вывести кинетические уравнения ? населенностей и корреляционных функций в общем случае;

- описание динамики тушения люминесценции в системе одн типных примесных центров с помощью предложенного метода позв лило найти кинетики деградации возбуждений при кросс-релакс

энном взаимодействии и взаимодействии возбужденных состояний шесных центров, а также установить зависимость квантового сода люминесценции от уровня возбуждения;

- найдена кинетика затухания затухания донорной люми-щенции в случае конечной скорости релаксации возбуждений в :теме энергетических уровней доноров, показано, что в пре-1ьном случае слабого донор-акцепторного взаимодействия закон 1аксации является ферстеровеким с Срд > зависящим от шературы, а в общем случае - неферстеровским; показано, что гокая скорость обмена возбуждения в системе донорных уровней 1водит к появлению "клюва" на начальном участке кинетики до-жой дезактивации;

- предложен метод анализа процессов безызлучательного пе-юса энергии при стационарной накачке с учетом эффекта выбы-[ия акцепторов. С помощью этого метода проанализированы ре-ш работы некоторых типичных катодо- и фотолюминофоров. Вве-[0 понятие критического потока возбуждения. Оценена величина юков накачки в компактных люминесцентных лампах и установка, что она близка к критической;

- при помощи исследования устойчивости динамических :тем проанализирована динамика лазерной генерации УАО-неоди-юго лазера с пассивным затвором на основе 1ЛР:Р£. Найдены ;можные режимы работы такого лазера при стационарной накач-

показано, что возможен как непрерывный, так и импульсный :о- и двухволновой режим лазерной генерации. Определены об-ти области отдельных режимов на плоскости (С, Р0).

Практическая значимость результатов, полученных в диссер-

тационной работе, заключается в их использовании для поис новых твердотельных матриц, содержащих активные оптичеср центры и пригодных для создания устройств лазерной физик светотехники, и т.д., с улучшенными характеристиками, а та: для оптимизации режимов работы уже известных твердотелы матриц. Результаты работы могут быть также использованы ) реализации нетрадиционных режимов лазерной генерации имеющих в настоящее время лазеров.

На защиту выносятся следующие основные положения и р зультаты исследований:

1. Метод описания процессов безызлучательного перено энергии электронного возбуждения с помощью управляющего ура нения и цепочки зацепляющихся уравнений для средних населен ностей.

2. Количественное описание динамики тушения люминесцеш доноров и разгорания акцепторов с учетом их выбывания в общ случае, функции потерь и явный вид кинетик для некоторых пр дельных ситуаций.

3. Количественное описание динамики тушения донорной * минесценции в системе однотипных центров, установление харг тера зависимости квантового выхода люминесценции от уровня н чального возбуждения Щ.

4. Количественное описание динамики тушения донорной 7 минесценции при учете конечной скорости релаксации возбужден в системе энергетических уровней донора, установление н ферстеровского характера затухания донорных возбуждений в о щем случае.

5. Найденная теоретически и сопоставленная с эксперимен-1ьными результатами по фото- и катодовозбуждении УА0:ТЬ , ^АХ^О^Се , ТЬ зависимость интенсивности люминесцен-л примесных центров от уровня возбуждения при стационарной сачке.

6. Результаты теоретического исследования динамики лазер-

3 +

\ генерации У АО: N(1 - лазера с пассивным затвором на основе 7:Р~ с целью обнаружения стационарных и автоколебательных кимов работы и сопоставление с данными эксперимента.

Личный вклад соискателя. Автором диссертации получены все ювные результаты, изложенные в основных положениях, выноси-I на защиту, сформулировала цель и задача исследования, гтематизированы и проанализированы результаты. Вклад соавто-5 отражен в примечании к диссертации.

Апробация работы. Результаты диссертации докладывались на Всесоюзном симпозиуме по спектроскопии кристаллов, активи-)анных ионами редкоземельных и переходных металлов (Красно), 1979), V, VI, VII Всесоюзных семинарах-совещаниях по ¡ктроскопии лазерных кристаллов и стекол (Краснодар, 1985, ¡7, 1989 гг.), на Физических чтениях в Северо-Кавказском нагом центре Высшей Школы (Нальчик, 1988), VI Всесоюзном сове-гии "Физика, химия и технология люминофоров" (Ставрополь, >9), Координационном совещании "Лазерные люминофоры" ЛЛ-89 (енигород, 1989), XIX Всесоюзном съезде по спектроскопии 'иск, 1983), Московском семинаре по физике и спектроскопии верных кристаллов (Москва, 1988).

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 8 ра-

бот, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация содержит В1 дение, четыре главы, заключение и список использованной лиа ратуры (67 наименований). Диссертация изложена на 121 стран* машинописного текста, включая 18 рисунков и 2 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертш онной работы, сформулировала цель работы, отмечена прак! ческая значимость работы, вццелена научная новизна, предста лена структура диссертации.

В первой главе дан литературный обзор и сжатый анал современных представлений о процессах переноса энергии элек ронного возбуждения в конденсированных средах.

В первом параграфе приведен анализ современных теори безызлучательного переноса энергии электронного возбуждения системе пространственно неупорядоченных ПЦ. Приведен прост вывод кинетики затухания донорных возбуждений с функцией п терь Голубова-Конобеева-Сакуна путем интегрирования кинет ческих уравнений с последующим усреднением по распределен примесных центров. Приведены необходимые для дальнега использований выражения для закона затухания и квантового в хода люминесценции в теории Ферстера. Отмечается, что как теории Ферстера, так и в обладающей большей общностью теор Голубова-Конобеева-Сакуна, не учитывается эффект выбывания а

:торов, имеющий место в практически важном случае конечного ¡мени жизни акцептора 'С/д • Этот эффект влияет на кинетику юрной дезактивации двояким образом: через изменение общего ла невозбужденных акцепторов и через изменение во времени :альных окружений возбужденных доноров невозбужденными акторами. В то время, как первое обстоятельство может быть изведено модификацией кинетических уравнений, второе обето-льство не может быть учтено таким образом и для его учета бходимы более тонкие и мощные методы. Таким образом, су-твующие теории переноса энергии, несмотря на их общность, менимы для фиксированного числа акцепторов и не могут быть способлены к учету выбывания. Далее, существующие теории еноса не позволяют вычислять флуктуации числа возбужденных тиц, возникающие вследствие стохастического характера проса переноса энергии.

При высоких уровнях возбуждения ПЦ наряду с процессами еноса энергии возбуждения от доноров к акцепторам развивая процессы взаимодействия однотипных примесных центров: сс-релаксация, взаимодействие возбужденных состояний. Такие цессы, хорошо изученные в случае парного взаимодействия, в чае ансамбля центров изучены значительно хуже. Наконец, при оких уровнях возбуждения на процесс переноса энергии воз-дения влияет структура энергетических уровней доноров, при-ящая к отклонению закона затухания донорных возбуждений от стеровского, изученному в литературе лишь в частных случа-

Во втором параграфе проведен анализ безызлучательного пе-

реноса энергии при стационарном возбуждении. Отмечается, 1

I

процессы насыщения акцепторной системы, приводящие к сниже! квантового выхода переноса энергии возбуждения, снижают эфф< тивность сенсибилизированных люминофоров, поэтому расчет сс ременных люминесцентных ламп, предназначенных для работы условиях высоких уровней возбуждения, должен учитывать это I дение.

В третьем параграфе дается краткий обзор теории автокод баний в лазерных системах и отмечается отсутствие общего пс хода к изучению автоколебательных процессов генерации актив: сред с несколькими типами рабочих оптических центров. Крс того, отсутствует полный анализ когерентных лазерных систе что не позволяет установить полный перечень их функционалы возможностей.

Решение отмеченных в первой главе вопросов составляет с держание последующих глав диссертации.

Во второй глазе изучается безызлучательный перенос эне гии электронного возбуждения при импульсной накачке при поме управляющего уравнения, описывающего изменение во времени е роятности обнаружить образец, содержащий примесные центры, состоянии с определенным числом возбужденных доноров и невс бужденных акцепторов.

В первом параграфе проведен вывод и анализ управляюще уравнения. Управляющее уравнение выводится из баланса вероя ностей Ртп (г) обнаружения образца в состоянии (ш, п) с опр деленным числом возбужденных доноров ш и возбужденных акцепт ров п. Пусть в момент времени X + образец находился

зтоянии (ш, п). Тогда в момент г образец мог находиться в егом из четырех состояний: (ш + I, п), (т, п + I), +1, п - I), (т, п). Следовательно, вероятность найти стояние (т, п) в момент времени t + dt равна:

^ (* -V = (¿-с** и-Ъг\ 8-ь -тт^е-о 8ч, V

• С-Ь ч- Ттн(ич С-Ь) 1,ио,

> 0 ^ . - вероятности процессов внутрицентровой ре-

ссации в соответствующих ансамблях центров, ТТ^цС^? ~ ве~ гтность элементарного акта безызлучательного переноса энер-I в ансамбле доноров и акцепторов. Так как процессы внутри-стровой релаксации являются пуассоновскими процессами, веро-[ости • Ьг> РавнЬ1:

:чет вероятности произведенный методами квантовой

'рии неравновесных процессов, дает для нее величину:

Я (4т") д

N д-Ь

ал (3)

авляющее уравнение получается подстановкой (2) и (3) в (I) ереходом к пределу сИ; -> 0:

- ю -

Во втором параграфе из управляющего уравнения (4) вые дится цепочка зацепляющихся уравнений для средних населе

1С. £

ностей <ш>, <п> и моментов р1с(= < т п >, где угловые скс ки означают усреднение с помощью вероятности Эти г

цепляющиеся уравнения выражают средние населенности <т>, < через момент <тп>, который в свою очередь выражается через к менты высшего порядка. Наличие таких защепляющихся уравнен (аналогичных уравнениям для функций распределения в кинет ческой теории газов) отражает наличие пространственных корр ляций между положениями возбужденных доноров и невозбужденн акцепторов. В приближении:

<шп> = <га><п>,

физический смысл которого состоит в пренебрежении корреляци ми, первые два уравнения цепочки образуют замкнутую систему, данном параграфе исследованы некоторые предельные случаи эт системы. В случае скоростей внутрицентровой релаксации '"С-р' д намного меньших характерной скорости переноса возбужден (такая ситуация реализуется на начальных стадиях безызлуч

1ыюй передачи энергии) деградация возбуждения характеризу-гя постоянством общего числа возбужденных центров и законы )люции донорной и акцепторной подсистем Щ имеют вид:

(5)

-<п>= (Ы-п<о-£—-,

А + т0(1 —ехР ¿И

> , XI р - начальные населенности донорной и акцепторной [систем ПЦ, Л = N - гп - п (М, N - полное число доно-I и акцепторов соответственно). В дальнейшем, по мере паде-: усредненной по ансамблю скорости безызлучательного перено-энергии,выражения (5) становятся неприменимыми и аналити-:кие выражения для законов эволюции подсистем возбужденных будут различными при малом (ш^« N - гО и большом (ш^» п^) числе донорных возбуждений. В первом случае получая известные результаты учета выбывания акцепторов в линей: приближении, во втором случае кинетику распада донорной системы можно записать в ферстеровском виде с функцией ерь, равной:

Найдены также выражения для кинетики донорной дезактивации случае короткоживущих доноров.

В третьем параграфе излагаются результаты исследова! взаимодействия однотипных примесных центров при высоких урс нях возбуждения. Найдены и проинтегрированы кинетические ург нения для системы однотипных центров с кросс-релаксацион; взаимодействием и взаимодействием между возбужденными состс ниями. Характерной особенностью безызлучательного перенс энергии в системе однотипных примесных центров является е висимость квантового выхода люминесценции от уровня начально возбуждения. С ростом уровня возбуждения квантовый выход лю1 несценции растет для систем с кросс-релаксационным взам действием и падает для систем ПЦ, взаимодействующих в возб; денном состоянии.

В четвертом параграфе исследуется влияние внутрицентроЕ релаксации донорных возбуждений на кинетику дезактивации присутствии акцепторов в приближении энергетических уровне показ ал ном на рис Л. Анализ кинетик распада, полученных инте рированием кинетических уравнений, показывает, что наибол отчетливым проявлением сложной структуры энергетических урс ней донора при его безызлучательном взаимодействии с акцепт ром в переносе энергии является наличие быстрого участ распада ("клюва") в донорной кинетике при малых временг обусловленное быстрыми процессами установления равновесия системе связанных уровней донора.

В пятом параграфе проведен анализ флуктуаций числа во буждений для систем примесных центров с учетом выбывания г

пторов. Применение управляющего уравнения для вычисления еднеквадратичной флуктуации числа возбужденных доноров и ак-пторов при стационарном возбуждении позволяет найти уширение ектральной линии лазерной генерации, обусловленное стохасти-ским характером процесса переноса энергии электронного воз-кдения от сенсибилизатных центров к рабочим оптическим цент-л лазерной среды. Вычисления показывают, что спектральная кия уширяется приблизительно в I + х раз, где х - от-гительная населенность верхнего лазерного уровня. Таким об-зом, в режиме стационарной накачки уширение линии, обуслов-яное статистическим процессом переноса энергии возбуждения, зьма незначительно, а в режиме импульсной накачки линия уши-

эис. 1. Схема энергетических уровней донора и акцептора (к анализу влияния внутрицентровой релаксации возбуждений на кинетику донорной дезактивации)

ряется не более, чем вдвое по сравнению с.соответствующей л нией излучения несенсибилизированной лазерной среды.

В третьей главе изучается безызлучательный перенос эне

гии электронного возбуждения при стационарной накачке пут

усреднения микроскопических кинетических уравнений. Особе

ностью стационарного режима возбуждения по сравнению с и

пульсным являются значительно меньшие уровни накачки, при к

торых начинают проявляться эффекты, связанные с выбыванием г

3"+ % -4

цепторов. Например, в люминофоре ЬаМ£А1 ^ 0 : Се , ТЪ оценочное время жизни возбужденного состояния Се составл ет 15 не, а время жизни возбужденного состояния . ио

ТЬ составляет величину порядка 1.5 мс, поэтому на один г излучения иона Се приходится до 10 актов безызлучател ного переноса энергии, приводящих к значительному числу выбы ших акцепторов.

В первом параграфе третьей главы проведен вывод и анал: основных уравнений безызлучательного переноса энергии при ст. ционарном возбуждении. Уравнения выводятся путем усреднен: микроскопических кинетических уравнений по пространственно] распределению примесных центров и имеют вид:

(4-| СрУ),

б'юРо + йв

(7)

Ид--

СдЯ, -V Яд МА ъь + Ял

)

где С5х> » Од ~ сечения поглощения доноров и акцепторов, 7 - плотность потока возбуждения, р - параметр, опреде-эмый равенством:

Р-

у\/± -и*

(. р") - зависящий от интенсивности возбуждения квантовый вы* безызлучательного переноса энергии, определяемый стандарт-и образом:

)актерной особенностью выражений (7) являются зависимость штового выхода переноса энергии от уровня населенности ак-гторной подсистемы Щ, приводящая к падению эффективности >еноса энергии с ростом интенсивности возбуждения. Эта за-:имость приводит к перераспределению интенсивности в спектре шнесценции иона ТЪ в ТЬ-содержащих люминофорах с ростом :енсивности возбуждения.

Во втором параграфе изучены нелинейные эффекты в люми-щенции ТЪ-содержащих люминофоров, обусловленные совокупные эффектов насыщения и выбывания акцепторов в процессе >сс-релаксации. Уравнения, учитывающие эти эффекты, оказыва-:я недоступными для полного аналитического исследования и их шиз проведен численными методами с использованием ЭВМ. Ре-[ьтаты численного анализа указывают, что кроме перераспреде-гия интенсивностей в спектре люминесценции, наблюдается су-»линейная зависимость интенсивности люминесценции от ин-

тенсивности возбуждения. В этом параграфе приведены та экспериментальные данные, подтверждающие как спектральное 1 .рераспределение интенсивности, так и суперлинейную зависимо* светоотдачи для некоторых люминофоров (рис. 2 и 3).

Отн

1.0-1

0.5 ■]

450

500

550

Я,

н

Рис. 2. Спектры фотолюминесценции кристаллов

(Се, ТЬ) MgAl /( 0(а при стационарном возбуждении

I / ^ 11?

интенсивностью 10 (ротонов/см (1) и 10 (ротонов/см ^ (2)

В этом же параграфе выведена формула для оценки крит ческой интенсивности возбуждения, определяющей уровень, п] котором начинает проявляться падение эффективности безызлуч

1ыюго переноса энергии, связанное с выбыванием акцепторов:

Frw

icp

4 АоР^д

(7)

5 Д 6с)" ширина линии люминесценции и ? - средняя длина гны излучения для данной линии. Результаты расчета критикой интенсивности для некоторых пар донор-акцептор в сенси-газированных люминофорах, и их сравнение с интенсивностью ¡буждения для некоторых люминесцентных ламп низкого давления

1 1 1 1

1 1 1 1 ig j

1 ! г

-I О I 2

'ис. 3. Зависимость светоотдачи катодолюминесценции

(Ce, Tb) MgAl 11 0 ¡р от плотности тока электроннолучевой трубки при регистрации через фильтр ПС-11 (Л< 480 им) и через фильтр ЖС-18 (fl> 480 нм).

показывает, что в современных люминесцентных лампах достигн] критическая интенсивность возбуждения и поэтому выбывание цепторов является одним из факторов, снижающих их эффект! ность.

В четвертой главе изучается взаимодействие разнотиш оптических центров активных лазерных сред с полем излучения резонаторе в условиях лазерной генерации. Отличие этой глг от предыдущих глав состоит в том, что в ней изучается взаиы действие разнотипных оптических центров с полем когерентно излучения. Практический интерес к таким исследованиям связав изучением процесса лазерной генерации активных сред, содеря щих несколько типов оптических центров. В отличие от актив! сред с одним типом ОЦ, активные среды с несколькими типами р бочих ОЦ проявляют значительное разнообразие в динамическ поведении даже в случае неизменной во времени интенсивное возбуждения. Это связано с тем, что при наличии когерентн фотонов общей частоты для индуцированных переходов между уро нями ОЦ их населенности оказываются связанными, т.е. в так активной среде существует своеобразная "обратная связь". Нал чие этой "обратной связи" приводит, в частности, к появлен автоколебательного режима лазерной генерации при неизменной времени накачке.

В первом параграфе четвертой главы проведен математ ческий анализ кинетических уравнений, описывающих лазерную г нерацшо активных сред с двумя типами рабочих ОЦ с помощью те рии устойчивости. Показано, что условием возникновения авток лебаний является возможность поглощения лазерного излучек

:я бы одним типом центров. Этому условию удовлетворяют ак-1ные среды, в которых один тип центров работает по четыреху-¡невой схеме, второй - по трехуровневой, оба типа центров -трехуровневой и т.д. Этому условию удовлетворяет также ком-гация лазера с пассивным затвором, помещенным внутрь резона->а, в частности, УАО-неодимовый лазер с пассивным затвором основе Ь1р:р£ , исследованию которого посвящен второй параф.

Во втором параграфе сформулированы кинетические уравне-:, описывающие динамику лазерной генерации УАО-неодимового ера с пассивным затвором на основе ЫР:Р£ . Теоретическая ель для описания такой системы выбрана в виде систещл четы-уровневых ОЦ с расщепленным верхним уровнем ^ Р3 , взаи-ействущих с двумя модами когерентного излучения в резонато-соответствующим длинам волн излучения 1.06 и 1.1 мкм, и темы ОЦ с двумя вибронно уширенными уровнями, поглощающими учение с длиной волны 1.06 мкм, и излучающими на длине вол-1.1 мкм. Путем численного анализа устойчивости кинетических внений установлены следующие возможные режимы лазерной ге-ации:

а) импульсная генерация на 1.06 мкм;

б) импульсная генерация на 1.1 мкм;

в) импульсная двухволновая генерация на 1.06 и 1.1 мкм;

г) непрерывная генерация на 1.06 мкм;

д) непрерывная генерация на 1.1 мкм;

асти различных режимов лазерной генерации в координатах

Р ), где С - скорость выхода фотонов из резонатора,

- 20 -

1шотность потока накачки, имеют различный вид для раз значений параметров системы, в частности, концентра Р~ -центров, однако общим для них является то, что области пульсных режимов генерации прилегают к области режима раб< до порога генерации, и области с длиной волны 1.1 мкм распо; гаются при небольших значениях С (т.е. при малом коэффици« те пропускания выходного зеркала). Одна из областей устой' вости, соответствующая концентрации Р~ -центров, равной К см~^ , приведена на рис. 4.

Результаты анализа устойчивости лазерной генерации проз 5*102'

10

<» П I &

10 Ц с-' 2*10

Рис. 4. Диаграмма обпастей устойчивости лазерной генеращ УАС-неодимового лазера с пассивным затвором на осн( ве ИР: . Обозначения: 1 - область до порога гене рации, 2 и 3 - области импульсной и непрерывной г£ нерации на 1. 06 мкм, 4 - область импульсной дву> цветной генерации.

Я

0.9 мкс

} V

ис. 5. Кинетика лазерной генерации с длиной волны 1. 06 мкм при = 10ГЭ см~гс'(, С = 8.6 * 107 с~(

а с помощью численного интегрирования кинетических уравне-. На рис. 5 приведена динамика лазерной генерации на длине ш 1.06 мкм при ¥0 = см""гс~', С = 8.6 * 107 с",'

соответствует области 3 на предыдущем рисунке. Найденное многообразие режимов лазерной генерации УАС-нео-эвого лазера с пассивным затвором на основе 1аР:Р£ сви-гльствует о том, что даже такая простая динамическая систе-1вляется весьма интересной как с математической точки зре-

- 22 -

ния, так и с точки зрения возможных технических приложений.

В заключение формулируем основные выводы диссертации:

1. Предложен метод описания процессов безызлучатель» переноса энергии электронного возбуждения с помощью управл щего уравнения для вероятности обнаружить в заданный мом< времени число возбужденных доноров и акцепторов в кристал: Получена цепочка зацепляющихся кинетических уравнений населенностей донорной и акцепторной систем примесных центр*

2. Полученное количественное описание динамики туше] люминесценции доноров и разгорания акцепторов с учетом их ] бывания позволило найти явный вид кинетик и функций потер] некоторых частных случаях и вывести кинетические уравнения населенностей и корреляционных функций в общем случае.

3. Описание динамики тушения люминесценции в системе < нотипных примесных центров с помощью предложенного метода пс воляет найти кинетики деградации возбуждений при кросс-] лаксационном взаимодействии и взаимодействии возбужден: состояний ПЦЦ, а также установить зависимость квантового вьс да люминесценции от уровня возбуждения.

4. Найдена кинетика затухания донорной люминесценцш случае конечной скорости релаксации возбуждений в сист< энергетических уровней доноров, показано, что в пределы случае слабого донор-акцепторного взаимодействия закон ] лаксации является ферстеровским с Су>д » зависящим от темпе] туры, а в общем случае - неферстеровским; показано, что вы< кая скорость обмена возбуждения в системе донорных уров!

[водит к появлению "клюва" на начальном участке кинетики до->ной дезактивации.

5. Предложен метод анализа процессов безызлучательного еноса энергии при стационарной накачке с учетом эффектов ывания акцепторов. С помощью этого метода проанализированы имы работы некоторых типичных катодо- и фотолюминофоров, дено понятие критического потока возбуждения. Оценена вели-а потока накачки в компактных люминесцентных лампах (для х ламп характерны значительные уровни возбуждения люминофо-) и установлено, что она близка к критической.

6. При помощи исследования устойчивости динамических тем проанализирована динамика лазерной генерации YAG-неоди-ого лазера с пассивным затвором на основе LiF:F^ . Найде-возможные режимы работы такого лазера при стационарной на-ке, показано, что возможен как непрерывный, так и им-ьсный одно- и двухцветный режим лазерной генерации. Опреде-ы области отдельных режимов генерации на плоскости (С, F0).

Результаты диссертации отражены в следующих публикациях:

1. Тумаев E.H., Писаренко В.Ф. О передаче энергии при вышин акцепторов: Тезисы докладов VI-го Всесоюзного симпози-по спектроскопии кристаллов, активированных ионами редко-;льных и переходных металлов. Краснодар, 1979. С.253.

2. Тумаев E.H. О спектре люминесценции в модели конфигу-юнных кривых.// Оптика и спектроскопия. 198I. Т.50. Вып.З. L75-478.

3. Аванесов А.Г., Писаренко В.Ф., Тумаев E.H. О передаче

энергии возбуждения в неупорядоченных средах: Тезисы докла; XIX Всесоюзного съезда по спектроскопии. Ч. IV. Томск, 1983

4. Аванесов А.Г., Писаренко В.Ф., Тумаев Е.'Н. Учет вы' вания акцепторов при переносе энергии электронного возбужде; в неупорядоченных средах.// Оптика и спектроскопия. 191 Т.62. Вып.З. С.565-570.

5. Аванесов А.Г., Писаренко В.Ф., Тумаев E.H. Концент] ционное самотушение примесных центров в конденсированных q дах при высоких уровнях возбуждения.// Сб. научных трудов В люминофоров. Вып. 33. Ставрополь, 1987. С. 66-70.

6. Аванесов А.Г., Игнатьев Б.В., Кузнецов Ю.А., Писар« ко В.Ф., Тумаев E.H. Безызлучательная трансформация энер: электронного возбуждения в системе La(Ce, Tb)MgAlj| Ох£ Журнал прикладной спектроскопии. 1985. Т. 43. No.4. С.625-6:

7. Аванесов А.Г., Быковский П.И., Большухин В.А., Пи< ренко В.Ф., Тумаев E.H. Нелинейные эффекты в люминесценции : ранов: Тезисы докладов VI Всесоюзного совещания "Физика, хш и технология люминофоров". Ставрополь. 1989. С. 138.

8. Аванесов А.Г., Игнатьев Б.В., Писаренко В.Ф., Тумг E.H. Кооперативная генерация многоактивированных лазерных с] // Оптика и спектроскопия. 199I. Т.70. Вып.З. С.613-617.

48-50.

отовпено к печати 05. 07.1995 г., тираж 100 экз., зак. N0. 0001 гравия фирмы "Айан", г.Краснодар, уп. Красная, 5, комн. 53, /щкс (8612)52-26-12