Широкополосная люминесценция слабопоглащающих конденсированных сред, возбуждаемая в области их прозрачности тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

¥663 ОТ ¿0.02-90Ш

АКАДЕМИЯ НАУК УЗБЕКСКОЙ ССР 2^

ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ 2

На правах рукописи

КАСЫМДЖАНОВ Магрупджан Арипджанович |

УДК 535.37:539.213

ШИРОКОПОЛОСНАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ СЛАБОПОГЛОЩАЮЩИХ КОНДЕНСИРОВАННЫХ СРЕД, ВОЗБУЖДАЕМАЯ В ОБЛАСТИ ИХ ПРОЗРАЧНОСТИ

Специальность 01.04.07 — Физика твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

ТАШКЕНТ—1990

Работа выполнена в Отделе теплофизики Академии наук УзССР. Официальные оппоненты: академик АН СССР ГУЛЯЕВ Ю. В, член-корреспондент АН УзССР МАМА ДАЛ ИМОВ А. Т. доктор химических наук, заслуженный деятель науки РСФСР

ПЕРЕЛЫГИН И. С.

Ведущая организация: Институт общей физики АН СССР

Защита диссертации состоится « » 1990 г. в час. на за

седании Специализированного совета Д 015.15.01 при Институте ядерной фи зики АН УзССР по адресу: 702132, г. Ташкент, Куйбышевский р-он, посело: Улугбек, Институт ядерной физики АН УзССР.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Институт; ядерной физики АН УзССР.

Автореферат разослан « » 1990 г. '

Ученый секретарь

Специализированного совету доктор физ.-мат. наук

Е. И. ИСМАТО!

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБСШ

Актуальность темы. Чистые и прозрачные вещества находят широкое применение в различных отраслях науки и техники, выполняя самые разнообразные функции: квантовой электронике и традиционной оптике, микроэлектронике и оптоэлектрошке, волоконной оптике и биологии. Работа икотах приборов и устройств в значительной степени определяется исключительно рчсокими требованиями к чистоте используемых в них материалов - кристаллов и оптических стекол. К настоящему времени выполнено много работ, посвященных исследованию природы собственных и примесных дефектов в таких средах. Достигнут значительный прогресс в технологии синтеза высокочистых оптических стекал для волоконной оптики о коэффициентом затуханиями-5 см--1-. Исследование природы этого остаточного поглощения традиционными методами встречает больше технические трудности: чувствительность стандартных оптических приборов, основанных на явлениях поглощения и лкжошесценции, отзывается недостаточной для этих целей. Поэтому до настоящего времени природа происхождения собственных и примесных дефектов, определяющих предельные параметры и границы применения сверхчистых материалов, остается практически не исследованной, не ставмся вопрос о механизме поглощения света в центрах, связанных о неконтрсш1руем1т. примесями, о возможности существования вторичного свечения в них.

Таким образом, область исследований взаимодействия неакти-вкрованных широкозонных материалов (жидких и твердых) с оптическим излучением, энергия фотонов которого меньше ширкни' запрещенной зоны, т.е. Ай) <Е$ , до настоящего времени остается практически не трощгой. Положение несколько изменилось с появлением з руках экспериментаторов волоконных световодов,позволяющих накапливать полезный сигнал на большой длине взаимодействия и широким применением на опыте мощных лазеров видимого и Уу диапазона.

Перечисленные обстоятельства и явились причиной проведения систематических исследований физических механизмов поглощения и свечения в сверхчистых конденсированных средах при воздействии на них лазерным излучением в полосе прозрачности.

Цель работы и основные 'задачи. Целью настоящей .работа; является экспериментальное исследование природы ншроковолосшхго свечения в чистых жидкостях и слабопоглощакщих твердых телах, возбуждаемого в области их прозрачности. Основными задачами диссертационной работы явились; установление и исследование основных закономерностей широкополосного свечения при возбуждении в ввдимой и УФ областях спектра в широком ряду веществ, определение характера изменения параметров этого свечения под влиянием внешнего воздействия и на этой основе формирование физических выводов о природе центров поглощения й свеченег.

Для решения этих задач было необходимо; +

- создать оптические установки о применением Лг -лазера с перестраиваемой частотой ( X * 515,496,488 и 476 нм) и лазера ( Л = 336 нм и Т = 8 не)}

- разработать методику исследования спектрально-кинетических свойств слабых сигналов и коротких длительностей широкополосного свечения;

- провести исследования спектральных и кинетических свойств широкополосного свечения прозрачных жидкостей и оптических стекол, в том числе волоконных световодов, при. возбуздешш лазерным излучением различных длин волн в видимой и УФ областях спектра; ' >

; - провести комплекс исследований влияния температуры, диффу-V зии водорода и ^-облучения на параметры широкополосного свечения;

- проанализировать полученные результаты о точки зрения отнесения обнаруженного свечения к определенному типу следующих явлений: тепловое излучение," нелинейное рассеяние типа КР-, собственная люминесценция, примесная люминесценция или люминесценция новых центров, впервые обнаруженных в данной работе.

Научная новизна. В работе обнаружено и исследовано неизвестное ранее явление широкополосной люминесценции о быстрой кинетикой в слабопоглощаюцюс конденсированных средах, возбуждаемой в области их прозрачности. Часть результатов, связанных с жидкостями и все результаты, "связанные с кварцевым и многокомпонентными стоклаш являются полностью новыми. В качестве основных новых научных положений, выносишх ча защиту, можно выделить следующие:

- обнаружено и исследовано новое физическое явление - широко-■полосная люминесценция с быстрой кинетикой в чистых слабопогло-щающих диэлектриках под воздействием лс зерного излучения в полосе гас прозрачности;

- показано, что обнаруженное свечение представляет собой фотолюминесценцию, а не рассеяние; из-за достаточно глубокого простирания распределения плотности локализованных состояний в запрещенной зоне форма и положение спектра люминесценции оказываются зависящие от частоты возбуждающего излучения ^ , при этом разность мезду и частотой спектрального максимума ^ растет с увеличением ч^ ; "

- выявлено, что широкополосная люминесценция в жидкостях и оптических стеклах имеет быструю кинетику с многоэкспоненциаль-нш законом затухания, что отличает ее от примесной лшинес^н-щш;

- спектр широкополосной люминесценции смещается в процессе испускания в сторону более длинных волн, а ее длительность тлеет колоколообразную зависимость от Л , что свидетельствует

о существовании центров окраски с различными частотами поглощения и вероятностями излучения;

- показано, что центрами широкополосной люминесценции могут быть квазимолекулярные комплексы донорно-акцепторноц природы, в которых процессы поглощения и люминесценции сопровождаются переносом заряда. В частности, в оптических стеклах такой центр может тлеть вид:

где М - атом (или ион) посторонней примесь, а перенос заряда происходит между СГ н М+ ;

- широкополосная люминесценция представляет собой явление, чувствительное к структурным изменениям, диффузйи водорода и

у - облучения: под воздействием указанных факторов интенсивность широкополосно!} люминесценции может меняться в широких пределах.

Научно-птактиче окая значимое ть. Явление широкополосной лгомлнесцешрш молот найти научно-практическое лфяменение в следующих областях:

I. Физика неупорядоченных сред. Широкополосная люминесценция гложет служить кшс источник новой -информации о'Природе структурных дефектов, возникающих в стеклах, имеющих разные техноло-

гии синтеза, термообработку, о роли примесных атомов малой ■ концентрации в жидкостях и стеклах при образовании новых полос поглощения, о степени неоднородности и оптической чистоте вещества, в частности сверхчистой вода, используемой в технологии производства элементов микроэлектроники.

2. Физика д., чевой прочности оптических материалов. Как известно, при распространении мощных потоков лазерного излучения прозрачные диэлектрики могут разрушаться. Исследования, проведенные у нас и за рубежом, показали, что в таком разрушении посторонние примеси играют в веществе одну из основных ролей. Знание о том, как примесный атом входит в сетку стекла, какие связи он образует с атомами основного вещества имеет важное значение для построения теории лучевой прочности диэлектриков. Широкополосная люминесценция имеет прямое отношение к таким центрам и может служить как источник новой информации об

их электронных свойствах.

3. Радиационная физика прозрачных материалов. Изменение спектрально-кинетических параметров широкополосной. люминесценции при воздействии радиации может служить, наряду с измерением спектров поглощения и ЭПР-спектроскопией, дополнительным методом получения новой информации о происходящих в облученном веществе атомных и электронных процессах.

4. Молекулярное рассеяние света. Исследование свойств широкополосной люминесценции в жидкостях может внести существенные дополнения в представления о природе крыла линии Релеевского рассеяния света. Существование антистоксовой составляющей спектра широкополосной люминесценции говорит о том, что в образование крыла линии Релея широкбполосная люминесценция должна вносить определенный вклад. Доказательство этого утверждения может помочь понять те научные факты, которые не укладываются в рамки существующих теорий происхождения крыла.

Апробация работа и публикации. Основные результаты диссертации докладывались на международных и Всесоюзных конференциях по квантовой и нелинейной оптике, акустооптической спектроскопи и, в частности, на Всесоюзном симпозиуме по акустооптической спектроскопии (Ташкент-1976 и 1978 гг.), УШ Всесоюзной конферен ции по нелинейной оптике (Тбилиси, 1982 г."", Всесоюзном совещании по нерезснансному взаимодействию света с веществом (Ленин-

7 ; град,1978 г.), Всесоюзной ко.-реренвди по технологии световодов ' .{Горький,1982 г.), на Республиканской иколе по волоконной оптике (Ташкент,1984 г.), УИ1 Международной конференции по квантовой ; электронике и нелинейной оптике (Познань,1978 г.), Мевдународ- ; ной конференции и школе «Лазеры и их применение" (Бухарест, ■ 1982 г.), Ш Мещународном симпозиуме „Оптическая спектроскопия" (ГДР,1984 г.), У1 Международном симпозиуме »Сверхбыстрые явления | в спектроскопии" (ГДР, 1989 г.), П Европейской конференщга по | квантовой электронике ЕСфЕ -89" (ГДР,1989 г.). |

Совместно с автором работы в постановке и выполнении экс- ;

периментов принимали участие Курбанов С.С.,Ачилов М.Ф..Трунили- |

на О.В. и Криндач Д.П. 1

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ I

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы из 90 наименований. Работа содержит 220 страниц, в том числе 69 рисунков и 3 таблиц.

Введение. Во введении обоснована актуальность диссертационной работы. Показано,что основой всей диссертации служат явления широкополосного свечения прозрачных жидкостей и твердых тел под воздействием ла ерного излучения.Сформулированы основные цели исследования,научная новизна и научно-практическая значимость работы.Кратко изложено содержание материала по главам.

В первой главе проведен анализ работ, посвященны.. наблюдению свечения чистых жидкостей и их растворов под действием видимого и У'¿-излучения. Показано, что наблвдавше это свечение ученые в 1920-30 гг. считали его своеобразным рассеянием света, .но практически никто не провел серьезных исследований его природы. >

В 1929 году была опубликована работа С.И.Вавилова, посвященная исследованию природа свечения чистых бесцветных жидкостей под действием УФ-излучения в диапазоне 300*400 нм. Используя созданную им теорию тушения люминесценции, он показал,что наблвдаемое свечение представляет собой фотолкшнесценцию и не имеет отношения к рассеянию света. Не шея технику регистрации излучений наносекуадной длительности, ему все же удалось оценить длительность флуоресценции воды, которая оказалась ¿1,9нс.

Рассуждал о причинах флуоресценции,С.И.Вавилов считал,что

она должна быть обусловлена одной и той же примесью во всех жидкостях, а именно - кислородом. Но ему не удалось окончательно установить источник флуоресценции. Можно только делать предположения, что по каким-то причинам он не смог продолжить эти исследования, а в дальнейшем его работа была забыта. Таким образом, О.И.Вавилов считал свечение прозрачных жидкостей обычной примесной люминесценцией и не сделал никаких предположений о наблюдении какого-либо нового явления.

В период с 30-х по 70-е годы в опытах по исследованию КР различными авторами было показано, что линии КР наблюдаются на фоне широкой полосы слабого свечения. Оно рассматривалось как паразитное свечение, вызванное примесями. Ба время с 1971 по 1974 гг. за рубежом появилось несколько работ, в которых утверждается, что в жидких растворах при взаимодействии с лазерным излучением из их области прозрачности наблюдается свечение. Одни авторы считают его обычной лшвнесценцией посторонних примесей, другие склонны считать его квази-рамановским рассеянием, третьи авторы воздерживаются от интерпретации, утверждая, что в настоящее время не могут объяснить природу наблвдаемого явления. Но ни одна из этих работ не содержит данных по кинетическим свойствам свечения.

Таким образом, к началу настоящей работы в литературе имелось нес1 элько публикаций о свечении жидкостей, которое трактовалось различными.группами по-разному, но в них все же не был поставлен вопрос о существовании самостоятельного физического эффекта - широкополосной лилинесценции высокочистых материалов при возбуждении в области прозрачности.

Обоснован выбор объектов исследования. В заключении.главы сделана постановка задачи диссертационной работы.

Во второй глава описываются особенности схем установок для исследования спектральных и кинетических свойств широкополосного свечения массивных образцов оптических стекол, жидкостей и волоконных световодов фотографическим методом, методом синхронного детектирования и методов.„ ^обирования :'' излучениями Лг*Ч .X = 515,436,488 и 476 нм) и ( (X = 337 нм). Так как интенсивность люминесценции при возбуждении непрерывным излучением . <Дг+-лазера является слабым, описаны способы уменьшения влияния посторонних источников света, в том. числе спонтанного излучения разрядного каиа-

ла лазера, что очень важно для фотографического метода исследования.

При регистрации слабых коротких импульсов свечения при возбуждении модулированным УФ излучением Не- Сс£ -^лазера ( Л = 325 нм) применялся метод синхронного детектирования. Исследование спектрально-кинетических свойств свечения, возбуждаемого излучением Л/2-лазера ( Л = 337 нм, Т = 8 не,

Р « ЮО кВт) применялся метод регистрации строб-интегрированием. На экспериментах был использован немецкий бокскар-интег-рагор ВС1-280. Применение метода строб-интегрирования позволяло регистрировать интеграл всего импульса свечения или его определенный участок. Технические возможности бокскар-интеграто-ра ВС1-280 позволяют изменять ширину строба от 220« КГ*"2 с до -400. Ю^с. В случае регистрации интеграла всего импульса свечения он помещался внутри строба, т.е. ширина строба была боль. ше по времени основания измеряемого имцульса. Уменьшением ширины строба и твердой временной задержкой относительно начала импульса возбуждения можно било измерять спектр свечения, возникающего в определенной части ишульоа или, другими словами, регистрировать мгновенные спектры свечения через определенное время после возбуждения.

Установка для измерения временных характеристик свечения была аналогичной установке по исследованию спектра. Но в отличие от нее кинетические исследования свечения проводиг'сь на фиксированных длине волны и задержке мевду импульсами запуска и свечения. После каждого или нескольких импульсов запуска (в зависимости от ксшгчества усредняемых импульсов) строб сдвигался на один .»шаг" относительно импульса запуска и измерял • амплитуд определенного участка импульса свечения. Эти значения передавались на двухкоординатный самописец, временная координата которого управлялась бокскар-интегратором и записывалась форма исследуемого импульса свечения по измеренным участкам в реальном масштабе времени, •. •'.

. Третья глава «Исследование спектрально-ккнетксс&их закономерностей широкополосного свечения чистых кщгсзстсй и кварцевых стекол". Она посвящена исследованию спектралыаа: я кинетических свойств широкополосного свечения жидкостей и оптических стекол при возбуждении излучениями различных длин вшга в вццкмой и УФ областях. Целью выполненных рабог' йшк> екветать

на вопрос является ли обнаруженное свечение рассеянием или люминесценцией и какова природа центра этого свечения ?

В 3.1 проведенн исследования спектральных закономерностей широкополосного свечения жидкостей и оптических стекол при возбуждении излучением Лг-лазера ( ^ч = 515,496,488 и 476 нм).

Были исследованы сероуглерод СЭг , бензол СеН6 ,трибу тирин езН5 (СООСдНу)^ , кварцевое отекло вСО^ и многокомпонентные стекла К-1082 и £-1087. На рис.1 приведен спектр свечения трибутирина.

ЕиоД. Спектр широкополосного свечения трибутирина в зависимости от частоты возбуждения: I - частота возбуждения Vg = 19436 см"1(514,5 нм); 2 - 20I4I см-1(496,5 им); 3 - 20492 см_1(488 нм); 4 - 20991 см"1^476,4 ям). Мощность лазерного излучения 200 мВт.

Как видно, при изменении длины волны возбуждения от 514,5 до 476,4 им ваблвдаегся смещение максимума в коротковолновую область спектра, при этом разность мевду частотами возбувденш и спектрального максимума Д\)т = -Л)^ растет линейно с ув( личением . Найдено, что интенсивность свечения в спектральном максимуме 0т( Ч.) зависит от частоты возбуадения ка]

, т.е. наблвдается зависимость Релея для рассеяния света. Такие же закономерности широкополосного свечения наблюдаются и для кварцевого стекла Si02 . Во всех излученных об' ектах наблвдается температурное тушение оъечения, характерное длл явлений люминесценции. -

В 3,2 приведены результаты исследования свойств широкополосного свечения оптических стекол при" возбуждении УФ излучениями Л/2- и Н е- Сс( -лазеров ( г 337 и 325 нм). Показано, что спектр свечения кварцевых стекол всех типов расположен в области 35Ск-800 нм с максимумом в районе 400 нм (рис.2).

Рис.2. Спектры широкополосного свечения кварцевых стекол:1 -КУ-1; 2 - КУВИ; 3 - КУ-2. Возбуждение на длине волны 337 нм.

_____ 500 боо О^нм

Найдено, что с увеличением чистоты стекла длинноволновая полоса спектра становится более выраженной.

Исследования показали, что спектры свечения стекол одного типа, но полученные разной технологией, отличаются наличием или отсутствием длинноволновой полосы, а коротковолновые полосы повторяют друг друга. На основе полученных данных сделан вывод об активной роли ОН-групп в стеклах в модификации возникающие во время их синтеза дефектов.

Применение в опытах мощных лазеров делает .возмож. jr.i наб-лвдегаю нелинейных явлений, что может привести к возникновению свечений с широкими спектрами. Возбуждение широкополосного свечения излучением -лазера различной мощности: 500, 100 и 15 кВт и Hc-Cd -лазера мощностью ~ 15 мВт показало, что интенсйЪность наблвдаемого свечения линейно зависит от интенсивности возбуждающего излучения и при этом форма спектра свечения не меняется.

Били тшгае поставлены опыты по сравнительному анализу ин-генсивностей широкополосного свечения на длине волны 420 нм для образцов S102 в раду, в котором растет чистота стекла: КВ, НИ, КУ-2, КСГ, КУ-1. Если принять интенсивность свечения КУ-1 за единицу, то в остальных образцах она равняется: КСГ-1; КУ-2 - 2,7; КВ - 3; КИ - 120. Т.е. с ростом чистоты вещества

(или уменьшением общего содержания примесей) интенсивность. свечения уменьшается, что говорит об участии примесных атомов в составе центров свечения. Такой же вывод был сделан С.И.Вавиловым в 1929 году, который исследовал широкополосное свечение в большом числе жидкостей.

В 3.3 пров дены исследования кинетических свойств широкополосного свечения в кварцевом стекле и жидкостях при возбуждении излучением Л/2-лазера ( Л = 337 нм, Т = 6 не). Были исследованы кварцевые отекла Кй (I тип), КУ-2 (П тип), КУ-1 (Ш тип), КУВИ (1У тип), волоконные световоды с сердцевиной из ■чистого въ02 в жидкости типа толуол и бензол. В результате было найдено, что во всех образцах, кроме КИ и КУ-2, длительность свечения при комнатной температуре оказалась не более длительности возбуждающего излучения, т.е. 6 не и не зависит от .X . В КУ-2 и КИ она была равна 20 не в районе Л =400 нм и с увеличением или уменьшением \ уменьшалась, стремясь к длительности возбувдаюцего излучения, т.е. в этих образцах зависимость Т от «к имеет колоколообраэный вид (рис;3).

400 500 л,нм

Рис.3. Зависимость длительности широкополосного свечения кварцевых стекол от длины волны и температуры: 1 - КУ-1; КУШ,толуол; 2 - КУ-2 и 101 при Т=300 К; 3 - КУ-1 при Т = 150 К. Возбуждение при Л = 337 нм и '"С = 6 но.

Таким образом, учитывая конечаооть длительности свечения в КИ и КУ-2, можно твердо утверждать, что наблкщаемое нами широкополосное свечение представляет собой явление люминесценции с быстрой кинетикой. Поэтому в дальнейшем будем говорить о явлении как о широкополосной люминесценции.

Проведенные опыты показали, что измерение истинной длительности широкополосной люминесценции в КУ-I, КУВИ и жидкостях возможно с применением пикосекувдного лазера УФ диапазона. Но оценка порядка величины t можно провести измеряя ее при низких температурах. Опыты показали, что при Т 150 К для КУ-1 оказалось около 8 не. Если допустить, что при уменьшении температуры от комнатной до 150 К t увеличивается в 3-5 раз, то истинная длительность люминесценции в КУ-I при комнатной температуре должна иметь значение порядка 1-2 не..

В 3.4 описано обнаружен юе автором явление опережения" люминесценцией возбуждающего излучения в волоконных световодах типа «кварц-полимер". Было найдено, что при распространении импульса УФ излучения в световоде длиной L > 10*15 м импульс люминесценции появляется на выходе световода несколько раньше, чем .возбуждающее излучение. Время этого опережения At оказывается пропорциональной длине световода L . Теоретически показано, что только при условии, когда врет затухания люминесценции существенно меньше чем длительность возбуждающего излучения, экспериментально измеряемое время опережения может хорошо соответствовать теоретическому значению _ д1- -АП Например, для L = 60 м, ДП-5-1СГ2 л С = Л С

3-10® м/с теоретическое значение времени опережения равно 5нс, а экспериментальное значение At= 4,5 не. Это говорит о том,' что действительно длительность люминесценции существенно меньше, 4eif 6 пс.

При исследовании эффекта (»опережения" было найдено, что длительность люминесценции на выходе световода при данном значении Л растет с увеличением . Если эффект опережения хорошо объясняется материальной дисперсией световода, то рост Т с увеличением Л можно объяснить распределенностью источников люминесценции по всей длине световода и с увеличением групповой скорости распространения с ростом Л . Сказанное легко проследить на картине, виражагащЬй распространенно ззшуль-сов возбуждения и лшинесцепцш в плоскости { ОС.,^ Крис.4).

£п, с у Ль/ с/ Щи) с/ -С3 с ^

уч 4)/ ХУ t

Рис.4. Плоскость (ОсД), шшострируюцая уширение импульса люминесценции с увеличением «X . Здесь и п,<пг<а3<г\^

. Пс лзано, что зная время опережения, можно измерять материальную дисперсию кварцевых световодов в видимой части спектра, возбудцая лшинесценцшо коротким УЗ излучением на фиксированной длине волны. Рассмотренная в главе Ш'методика анализа распространения импульсов возбуждения и лшинесценции на плоскости (ОС. ) может быть полезна также при наблвденш явления ВКР в волоконных световодах большой длины. Явление опережения должно иметь место и в этом случае, т.к. импульсы накачки и ВКР, шея разные частоты, могут разойтись на длине световода.

В 3.5 приведены основные выводы но главе Ш.

Глава 1У.„Спектрально-кинетические свойства широкополосной лдошнесценцки многокомпонентных стекол м кварцевого стекла активированного германием". В главе Ш боло установлено, что широкополосную люминесценцию чистых жидкостей и твердых тел нельзя рассматривать ни как собственную и ни как примесную людашесценцию. Основным аргументом для этого вывода были необычайно короткие длительности люминесценции, возможность воз-

15 ,

5уждения далеко от края фундаментального края поглощения и за-шсимость ее интенсивности от чистоты вещества. В связи с этим 1а первый план рассмотрения выходит роль примесных атомов в :етке стекла (или структуре жидкости) и возможность образования различных комплексов (или кластеров) с участием атомов примеси I самого вещества. В этих комплексах индивидуальность атомов теряется и могут возникать новые полосы поглощения и лкминес-денция, имеющие универсальный характер. Для подтверждения этого предположения в главе 1У изучены спектра ьно-кинетические звойства широкополосной люминесценции в многокомпонентных стек-пах и кварцевом стекле, легированном германием с различной концентрацией.

4.1 посвящен исследованию спектрально-кинетических звойств широкополосной люминесценции многокомпонентных стекол, возбувдаемой излучениями <А1 ( Л = 488 нм) и /^-лазеров (Л =337 нм). На рис.5 приведены спектры люминесценции стекла К-1082.

3, отнлд. й,от».ед

1 пи _

ю

2 (фч087)

900 Д,НИ

>Рис.5 Спектры широкополосной люминесценции K-IC82 при возбуждении излучениями «Лт^лазера (а) ( 488 нм) и Ng-лазера ( 337 нм)(б).

Так же, как и в-случае трибуткрина, для К-1082 происходит смещение спектра люминесценции за частотой возбузданцего излучения при ее изменении. Разность Д\) —Л)т растет с увеличением , что является дополнительным доказательством в пользу люминесцентной природы свечения в этом стекле. ' '

Температурные исследования показали, "что люминесценция

как в K-I082, так и в Ф-1087 качественно подчиняется закону Мотта, т.е. процессы поглощения и люминесценции носят внутри-центровой характер*

В главе 1У было показано, что зависимость tT ( Л ) в исследованных жидкостях (бензол и толуол) и кварцевых стеклах КУ-1 т КУВИ Не проявляется, т.к. в них t меньше длительности импульса возбуждения. В стекле типа КУ-2 наблвдается незначительная дисперсия. Более выраженная дисперсия 1г С ) была обнаружена в K-I082 и w-1087. В K-I082 на длине волны 400 ям длительность люминесценции t а 5С&3 но я с уменьшением или увеличением длины вошш уменьшается» т.е. зависимость имеет колоколообразйыЙ вид (рис.6).

1000

Рис.6 Зависимость длительности люминесценции многокомпонентных стека от длины волны и темпер) туры:1 - K-I082; 2 -Ф-1087 при Т=300 К; 3 -Ф-1087 при T--J50 К. .'

400 500 600 ИМ

Из всех наследованных образцов ф-1087 имеет самую болыцую дли тельносгь люминесценции, которая равна 230 ± 5 но на = 500 им. Максимум Кривой TZ («X ) не совпадает о максимумом спектра лшинесценции и смещен в длинноволновую сторону. При охлаждении образца Ф-1087 до Т ■= 150 К длительность лшинесценции увеличивается в 5,2 раза по всему спектру и составляет ~П75 но на длине волны 500 нм, Вою найдено, что в разных образцах многокомпонентного отекла одного и того же типа (т.е разных варок) длительность лшинесценции била разной, на общи закономерности сохранялись. Эти образцы отличались только об-

цим содержанием посторонних грдаесей, но корреляция между 5 концентрацией определенных примесей йе прослеживается.

Учитывая исследованные свойства быстрой люминесценции ' наносекундный диапазон длительностей, зависимость интенсивно-зти от чистоты вещества и наличие дисперсии 1г( Л )) было . тредположено, что ее источником могут быть квазимолекулярные комплексы донорно-акцепторной природы с участием примесных номов. Если это предположение справедливо, то существует воз-ложность наблкдения мгновенных спектров лы\гчесценции. Такая зозможность связана с тем, что вероятность рекомбинации зави-зит от расстояния донор-акцёптор по закону:

У(г)=у> еоср(-^)

где Г0-боровский радиус акцептора пары донор-акцептор, который образует более мелкий уровень. На рис.7 приведены мгновен-ше спектры люминесценции образца Ф-1087 при температуре 160К, 5няты с разной задержкой от максимума импульса возбуждения методом стробирования (ширина строба 10 не). Кривая 2 снята при

1а2

Рис.7 Мгновенные спектры широкополооной люминесценции стекла Ф-1087 при разных температурах и временах задержки строба от максимума импульса возбуждения: I - 1С« - О, Т=300 К; 2 - Г3= о, Т=160 К; 3 - 1000 ад, <Г=16СК.

В верхнем правом углу рисунка стрелками показаны .положения строба относительно импульса возбуждения. Ширина отроба 10 не.

задержке 0 но, 3 - при 1000 не, в оравой верхнем углу показанс положение огроба относительно имцульса возбуждения. Как ввдно, действительно с увеличением времени задержки спектр люминесце* ции смещается в длинноволновую сторону, а сдвиг составляет порядка 10 нм. , ■

Учитывая se '.искмость формы и положения спектра лшинесце! ции стекол от частоты возбуждения и наличие дисперсии Т ( А ) сделан вывод о том, что в исследованных стеклах существует ансамбль разнотипных кластеров, полосы люминесценции которых имеют достаточное перекрывание. Этот вывод подтверждается тем, что интегральная интенсивность люминесценции, также и интенеш ность на данной длине волны <К , имеют многозкепоненциальный характер затухания. Используя теорию молекулярных комплексов донорно-акцепторного типа, предложенную Малликеном сделано предположение, чаю центр поглощения (или люминесценции) представляет собой комплекс из атомов основного вещества и примес; встроенных, в частности, в разрыв межчастичной связи. В стекл одним из возг ясных вариантов такого комплекса+может быть квазимолекулярное образование типа a.Si-~0~,*M""St3 ., где М - атом посторонней примеси. В этой модели поглощение пада пцего фотона сводится к переносу заряда от О к М* . Такой дипольный центр, в самом общем случае, может быть составлен из атомов самого вещества, т.е. центр может являться собствен ным. В дальнейшем вышеуказанные центры будем называть М центрами. . '

Таким образом можно сказать, что в структуре твердого те ла возможны самые разнообразные комплексы (или кластеры) с. участием примесных атомов.'Такие образования, имея сгатиогяче ский разброс своих параметров, связанный, в частности, с неэ! чвивалентностью своего положения в сетке стекла, могут привеоз J<возникновению в запрещенной зоне энергетических состояний, .г плотность которых уменьшается при удалении от краев зон. Это предположение подтверждается практически экспоненциальным уменьшением коэффициента поглощения при увеличении <\ начинг от края фундаментального поглощения для многих веществ, в ча< ности и для SiO^ .

Раздел 4.2. посвящен исследованию спектрально-кинетичес-- ких свойств широкополосной люминесценции 1изарцевого стекла, активированного германием. Двухкомпонентиое стекло

является основным материалом для производства волоконных световодов. Общеизвестно, что в таком стекле в диапазоне 200+350 нм наблвдаются две полосы поглощения: 242 и 330 нм и связшоше с ними две полосы люминесценции: 295 и 390 нм. Хвост полосы поглощения при 330 нм простирается практически до 400 нм, т.е.. можно сказать, что если излучение Лт^лазера (А = 488 нм) не поглощается в германиевых центрах, то излучение /^-лазера ( «Х= 337 нм) хорошо поглощается в них. Учитывая этот факт,был поставлен вопрос - влияет ли присутствие германия в кварцевом .стекле на параметры широкополосной люминесценции. Этот вопрос связан с тем, что размеры атома германия больше размеров кремния. При изоморфном замещении кремния германием можно ожидать определенных структурных искажений в тех. местах, где происходит замещение, но в чем состоят эти искажения и к чему они могут привести, априори сказать трудно.

В качестве объектов исследования были выбраны стандартные волоконные световоды и массивные образцы Si02 с различной концентрацией Ge . Первые опыты были поставлены с применением излучения JÍV-тзера-. На рис.8 приведен спе: тр люминесценции световода SlC^sGeC^. Как видно, спектр в основном являет-

900 800

"too too

100

50

X

н о

550

500

Рис.8 Спектр широкополосного свечения волоконных световодов 5Юг:Се02:1 - полоса КР на деформационных колебаниях Н^О 1640 см"'1; 2 - максимум широкополосного свечения 560 нм; 3 - полоса красной люминесценции немоотикового кислорода с максимумом при 650 нм.

ся суперпозицией двух полос: сильной полосы краоной лкмннесцен-ции немоетикового кислорода с максимумом в районе. 650 нм и слабой полосы широкополосной люминесценции с максимумом в районе 550+580 ш. Интенсивность широкополосной лшинесценции оказывается в 3 раза больше, чем в световоде с сердцевиной из чистого кварца. Этот факт объяснен увеличением количества ..оборванных" связей 8г.-О вследствие искажений решетки более крупным атомом германия и частичной их модификацией примесными атомами, что приводит ,к возрастанию концентрации М -центров.

В случае воздействия, на стекла $10г'-&ъ0г излучением Ы^ лазера ( Л = 337 нм, ТГ= 6 не) неос":одимо различать два случая - случай большой и малой концентраций германия. Показано, что при больших концентрациях германия ( ^ 0,01 вес*$) в

510г при поглощении УФ излучения ( «X = 337 нм) наблвдается т.н. ..голубая" люминесценция с максимумом в районе 400 нм и длительностью ТГ^ЮО мкс. Свойства этой люминесценции хорошо изучены в литературе и в данной диссертационной работе не ставилась задача дальнейшего ее исследования. Представляло интерес исследование поведения люминесценции кварцевого стекла 2г,0г:(?е02 с малыш концентрациями германия порадка 10"^ вес«?.

Как известно, люминесценция с максимумом в районе 400 нм, возбуждаемая в полосе поглощения 242 нм в кварцевых стеклах I и П типа связывается с примесным германием. В спектре поглощения этих стекол наблвдается полоса поглощения 242 нм, а полоса 330 им, которая существует в стеклах 5Юг: &е02 1 не проявляется, и в районе 330 нм наблвдается только >.хвост" края УФ поглощения. Спектр поглощения кварцевого стекла КУ-1 с содержанием германия Ю-^ вео-% имеет точно такие же характеристики. На рис.9 приведены сцектры поглощения (I) и люминесценции (2) этого образца при возбуждении в полосе 242 нм. Как видно,'возбуждение в полосе 242 ил.приводит к появлению двух полос люминесценции с максимумами при 285 и 390 им. Доглощеые на длине волны 337 нм почти на порядок меньше, чем при 242 нм и при возбуждении на этой длине волны наблвдается только одна полоса люминесценции 390 нм (см.рис.9)...Люминесценция образца сопровождается интенсивы-й линией КР, вероятно, воды, отстоящей от линии возбуздения на 3500 см" . .

отн.ед.

|| ioL^cM-1

i !

Показано, что длительность люминесценции КУ-1 с концентрацией при возбуждении излучением Л/2-лазера ( X = 337 нм, X. = * не) равна ~20 не. В пределах ошибки измерений обнаружить дисперсию "С(Л) не удается. Сделан выгод о том, что природы центров «голубой" люминесценции с микросекундной кинетикой и широкополосной люминесценции с наносекуцц-ной кинетикой принципиально отличаются: если «голубая" люминесценция связана с центрами типа двухкоординированного германия" О-вС-О , то люминесценция с наносекундной кинетикой .ложет быть обусловлена о присутствием в сетке стекла молекулярных кластеров типа: ззви-О---М—вегз .

ж Кривые I и 2 получены Черновым П.В. и Абрамовым A.B. (НИИЯФ МГУ им.М.В.Ломоносова, г.Мооква). '

Рис.9*Спектры поглощения

(1), люминесценции при возбуждении в полосе 242 нм

(2) и излучением ^ =337 нм (3) кварцевого стекла КУ-1 с концентрацией

Ю-4 вес«$.

550

Сопоставляя спектры люминесценции и поглощения, длительности и температурные зависимости интенсивностей образцов КУ-2 и КУ-1 с концентрацией 10~^вес.$ предложена следующая модель молекулярного ¡сластера в-сетке стекла, содержащего малые концентрации Ge : в предложенной модели М -центра один из атомов кремния замещается германием и образуется кластер типа:

Глава У «Влияние внешних воздействий на свойства широкополосной люминесценции в неактивированных стеклах". Исследования показали, что параметры широкополосной люминесценции являются структурно-чувствительными. В последней, пятой, главе изучено влияние' на них структурных несовершенств, диффузии.водорода и воздействия • -радиации.

Влияние структурных несовершенств на широкополосную люминесценцию. Исследованы 4 отрезка многомодового волоконного световода . 3ь02'- БеО^ длиной около 50 м и диаметром сердцевины 50 мкм. Световоды были вытянуты из одного штабика при разных температурах: 2300, 2000, 1900 и 1700°С с целью наведения • структурных дефектов различной степени*. Найдены следующие особенности широкополосной лшинесценции: интенсивность лшинесценции (в т.ч. и красной люминесценции) является функцией • температуры вытяжки; форма спектра люминесценции не меняется и остается одинаковой при изменении температуры вытяжки. На рис.10 показана зависимость интенсивности спектрального макси-

1,01 ".отн.ед.

0,6 0,4

>800 2000 2200

Рис.10. Зависимость интенсивности спектрального максимума широкополосной люминесценции от температуры вытяжки световодов

мума широкополосной лхминесценцни от температуры вытяжки световодов 3102:Се0г . Как видно, максимальная интенсивность наблвдается при Т = 2300° и 1700°С, а минимальная - при 1900°С т.е. значение температуры вытяжки 1900°С оказывается оптимальной точкой, при отклонении от которой в обе стороны интенсивность люминесценции (и красной" и широкополосной) растет.

ж Световоды были вытянуты в ИХ АН СССР, в лаборатории веществ особой чистоты, руководимой д.х.н.Гурьяновым А.Н.

Таким образом, при вытягивании световодов при оптимальных 'емпературе ( 1900°С) и скорости, при которых затухание оптического сигнала минимально, интенсивность широкополосной лши-;есценции также отзывается минимальной, чгэ говорит о меньшей :онцентрации центров поглощения, возникающих при этой температуре и лучшей однородности этого образца среди остальных.Здесь :од термином »лучшая однородность" имеется ввиду меньшая кон-;ентрация разорванных связей Эй—О . Этот опыт говорит о том, :то процесс разрыва кремний-кислородной связи прямо или косвен-:о оказывает влияние на интенсивность широкополосной люглшес-,енции в веществе, а сама люминесценция может служить как ме-1од определения оптимального режима вытяжки световодов.

5.1. Влияние диффузии водорода на широкополосную лигдшес-[енцию. Первые же случаи эксплуатации оптических кабелей в юдводных условиях показали, что с течением времени их свойст-а меняются. Этот факт дал толчок к проведению активных иссле-;ований влияния на свойства волоконных световодов проникновения юдорода в подводные волоконно-оптические кабели. Стало ясно, :то при проникновении воды в оптический ¡сабель происходит уве-ичение затухания оптического сигнала в широком интервале длин юлн, но особенно заметно это наблюдалось в диапазоне 1,05 + .,24 мкм и вше 1,6 мкм. Бьшо показано, что в лабораторных 'словиях можно моделировать работу оптического кабеля под во-;ой с учетом коррозии металлов и диффузии водорода в световод.

Экспериментальное исследование влияния водорода на пара-¡етры широкополосной люминесценции в пятой главе диссертации [роведено на основе указанной модели подводного оптически ) абеля. Исследуемый световод наматывался на алюминиевую бобби-1у диаметром 24 см, которая помещалась внутрь тонкостенного люшниевого цилиндра той же высоты так, что зазор между ниш оставлял I см. Затем боббина с цилиндром опускались в стек-янную ванну с водой. Мелду боббиной, подсоединенной к минусо-юй клемме источшиса тока и цилиндром пропускался электрически ток 0,1 а. Гидрогенизация волоконного световода и измерс-ие спектров широкополосной люминесценщш, возбувдаемой лзлу-¡ением Лт-лазера ( ^ = 488 нм) велись в течение 30 дней. 1ыли получены следующие результаты: процесс гидрогенизации :риводит к уменьшению интенсивности широкополосной люминесцен-вш световода типа пкварц-полимер" с сердцевиной из стекла

1(7-1; полоса КР 2200 см-"'', соответствугацая валентным колебаниям 8ь_Н , увеличилась в 1,3 раза; интенсивность полос КР 1640 см"1. (деформационные колебания молекулы Н^О) и 3680 см""* (валентные кодебания ОН-группы) практически не изменилась. Максимум широкополосной лишнесценции остался неизменным на расстоянии Д\)~3000 см~* от частоты возбуждения.

Указанные измене1шя в спектре были более заметными в случае световодов 3102 :овог, Здесь также происходило уменьше-¡ше интенсивности красной люминесценции немостикового кислорода «вс— О* в результате его модификации атомами водорода. Таким образом, увеличение интенсивности полос КР = 5ъ— Н и Н колебаний можно трактовать как доказательство прямого проникновения водорода в сердцевину. ,

Исследовалось также изменение интенсивности широкополосной люминесценции в процессе гидрогенизации. Для этого измерялась интенсивность спектрального максимума люминесценции чере: каждые 5 дней'(рис.II). Как видно, интенсивность люминесценцш

Рис.II. Зависиглорть от времени изменения интенсивное ти спектрального глаксимугл широкополосной лкшнесцснц в процессе гидрогенизации: I - волоконный световод 5102:ОеОг; 2 - волоконный световод типа пкварц-полимер" с сердцевиной из сток ла КУ-1.

световода Эь02:Се02 уменьшается более круто, чем в световс де из чистого кварца. Также видно, что обе кривые стремятся и некоторому уровню насыщения, после которого изменение илгена: ьностк не .происходит; На основе полученных характеристик сделан внвод, что изменения в параметрах широкополосной ятаинсс-Н01ШИП связаны с кодификаций)'! водороде?.: центров далшеснешия

отн.еб.

5> 2. ».Влияние -облучения на свойства широкополосной люминесценции оптических стекол'.' Исследование влияния ^ -облучения на параметры широкополосной люминесценции проведено на образцах световодов и стекол, подвергнутых облучению у -квантами от источника Со6 ИЯФ АН УзССР, дозами от I04 до Ю^ рад при комнатной температуре.

IIa рис.12 показаны спектры свечения волоконного световода «кварц-полимер", возбуждаемого излучением JLv~jiазера ( Л = 488 нм). Как видно, воздействие ¡¡f-радиации дозой Ю7 рад

---1-1_.Лг --1- О

800 ТОО V 550 500

Рис.12. Спектры широкополосной лшинесценции волоконного световода типа «кварц-полимер" с сердцевиной из стекла КУ-1 до (I) и после (2) ^-облучения дозой ХС? рад»

приводит к следующему: интенсивность широкополосной лкшшеоцен-ции о максимумом около 570 нм возросла примерно в 3 раза; ■зоз-никла интенсивная полоса т.н.Икрасной лшинесценции" с максимумом при 650 нм, приписываемой атомам немостикового югслоро-да; интенсивность полос КР 1640 см-1 (деформационные колебания Н^О) и 2200 см-1 (валентные колебания связи 8и—Й ) уменьшилась в. 1,5 1,8 раз, а полосы ОН-групп 3680 см-"'" - в 5 раз.

Световоды ЗШ^беО^ оказались существенно чувствительнее к воздействию X -облучения. При дозе ойлучс:.ия в 10^ рад

(т.е. на 2 порядка меньше, чем в случае световодов икварц-пол) мер") интенсивность красной люминесценции немостикового кислорода возросла более чем на 2 порядка, а широкополосной лишне» цендаи - 1,5 раза. '

Влияние ^ -радиации на параметры широкополосной лкмине' сцешдии, возбуждаемой излучением Л^-лазера ( А = 337 нм, ■ Т = 6 не), исследовалось в массивных образцах стекол КУ-1, КУ-2 и многокомпонентных стекол К-1082 и Ф-1087 после облучения дозой в Ю5 рад. Такая доза облучения была выбрана с целью предотвращения вознпшовения в КУ-1 дополнительных поло поглощения и люминесценции, хотя в других образцах изменения . в оптических параметрах бчгм значительными. Для устранения влияния нкороткоживущих" центров окраски измерения проводилис через 3 суток после облучения. На рис.13 приведены спектры лк минесцешда КУ-1 до и после ^ -облучения дозой 10^ рад.

Рис.13 Спектры широкополосной лшинесценцш 'кварцевого стекла КУ-1 до (I) и после (2) ff-облучения дозой lO^paj

«\î= 337 hm. 400 500 600 6

Как. видно, после облучения резко уменьшилась длинноволновая полоса, а коротковолновая полоса изменилась заметно меньше. При этом интенсивность люминесценции на <Х - 400 нм .уыеныш-лась почти в 8 раз,'а ее длительность осталась все еще не более длительности возбуждающего импульса (6 не).

Стекла КУ-2, K-IG82 и Ф-1087 оказались более чувствител] 1шми к, $-облучению. В КУ-2, в отличие от КУ-1,после облучения интенсивность широкополосной лшинесценщш возросла окол< 7 раз, произошли некоторые изменения формы спектра: спектрал: ннй максимум сдвинулся в длинноволновую сторону,■ в район 420 нм,.'появлялась слабая полоса лклшесценцки при 5И0 игл, .глител: иость длинноволнового крыла увеличилась на несколько не.

В случае многокомпонентных стекол воздействие $ -облуче-(ия дозой Ю5 рад произвело сильные изменения: образцы потем-!ели и приобрели бурый цвет. В К-1082 появилась сильная поло-;а поглощения в районе 290 нм и относительно слабая полоса 1ри 530 нм. В спектре лкшшесценции этого стекла появилась но-зая полоса 520 юл ( как и в случае КУ-2), длинноволновая Часть ¡узилась, интенсивность увеличилась примерно на порядок. Длительность лкшшесценции увеличилась по всему спектру, но осо-5енно замелю это увеличение в длинноволновой части спектра: 1ри Л = 400,450 и 550 нм % = 50, 60 и 70 не соответственно.

Воздействие $ -облучения на стекло 0-1087 привело к увеличению интенсивности широкополосной лшинесценции почти в 30 раз, причем ее спектр (рис.14) сдвинулся в сторону коротких цлин волн, а длительность уменьшилась по всему спектру в среднем на 60 не, сохраняя колоколообразную зависимость от «X .

Дотн.ед.

Рис.14 Спектры широкополосной люминесценции многокомпонентного стекла Ф-1087 до (I) и после (2). ^ -облучения дозой

350 400 450 З^шГ105 Рад* Изменения в интенсивности широкополосной люминесценцы под воздействием ^ -облучения конкуренцией двух процессов: разрыв связей 0...М или М...Эо и исчезновение М-центра в результате ухода атома М и возникновение нового М-центра в результате присоединения к оборванным регулярным 5ъ —О—Эг связям атома примеси М. Изменения в длительности широкополосной люминесценции объяснены двумя процессами: избирательным разрушением или ровдением М-центров, люминесценция которых имеет только или более быструю или медленную кинетику и явлением уплотнения пли расширения стекла под действием ^ -радиации. Влияние изменения плотнооти вещества на длительность люминесценции связано с зависимостью Т от расстояния между Донором ( Л ) и акцептором ( А ) в М-центре.

28

основные швода

1, Обнаружена и исследована ранее неизвестная широкого; ная люминесценция слабопоглощавдих твердых тел при возбужден излучениями в области их прозрачности ( «X = 337+630 нм).

2. Показано, что плотность локализованных электронных с тояшгй, перехода мезду которыми обусловливают появление шире полосной люминесценции, просирается на большую глубину в хс решенной зоне, с чем связано наблдцение следующ-ис закономерг тей: _; ;;

- спектральный максимум люминесценции смещается за часч той возбуждающего света при ее изменении и разность

Ч^ не остается постоянной;

- интегральная интенсивность люминесценции растет с увели1 нием по экспоненциальной закономерности по крайней мер? в диапазоне длин волн 460+520 Нм:

а-схр(^)

- зштенснвность спектрального максимума люминесценции

Зт (по крайней.мере в диапазоне длкн волн возбужденш 460»520 ш, пропорциональна , что характерно процессам релзсвского рассеяния.

Эта.заютюмерности,'выявленные ппри исследованш свече! жидкостей т;ша бензол, толуол и оптических стекол, говорят с том, что центры лдаштесцонщт но являются однотипннми, с чег и связаны нарушения спектральных закономерностей и утверждения о люминесценции как о псевдо-Раман эффекте.

; 3. При возбуждении жидкостей'! бензол, толуол и особо чш тых гларок кварцевого стекла КУ-1 (тлп 1Д) н КУЩ (тип 1У) г^ чением 1^2-лазера ( <Х= 337 им, Т = 6 кс) показано, что пп кополосная люминесценция обладает быстрой кинетикой,,а ее да тельность меньше длительности возбуждающего импульса (т.е. меньше 6 не). Наносекундная.кинетика говорит о том, что .чвгрс кополосная люминесценция не является примесной,'а представл) собой фотолюминесцешрпо определению: молекулярных комплекса содержащих атош основного вещзства и примеси. ■ ■

4. .Теоретически и, экспериментально показано, что прк г»: простраиенкк широкополосной лшииесценцга! в волоконных свет водах типа «кварц-полкг.^р" дгопюй более нескольких десятков

•ров наблвдается ..эффект опережения", заключающийся в том, | на выходе световода импульс люминесценции появляется рань-

чем имцульс возбудцения. При этом длительность импульса [инесценции Т и время опережения увеличивается с ром «X . Получено хорошее согласие теоретически выведенного ажения ,

кспериментальными данными, где Л, и ГЦ, - показатели преломил па длине волны люминесценции «X, , и возбуждения <Х2 ,

L1 ** - длина световода. Если «эффект опсреже-

" обусловлен материальной дисперсией материала сердцевины

товода, то увеличение длительности люминесценции с ростом

связано с распределенностью источников люминесценции по

й длине световода. Показано,

что на основе »эффекта опере— ия" можно измерять материальную дисперсию кварцевых волокон-световодов в видимой части спектра, возбуждая люминесцен-1 УФ излучениями на фиксированной длине волны.

5. Показано, что в кварцевых стеклах КИ (I тип), КУ-2 тип) и многокомпонентных стеклах К-1082 и Ф-1087 широкопо-ная лшинесценция также обладаем быстрой кинетикой и дальностями в пределах 20+200 не. Длительность лшинесценщш

в этих веществах зависит от длины волны <Х и эта зависнуть имеет колоколообразный вид. Такой вид зависимости Т (Л) ясняётся достаточным перекрыванием полос люминесценции разных центров, что приводит к многоэкспоненциальному закону затухания.

6. Найдено, что в объектах, в которых длительность лк»т-ценции больше длительности импульса возбуждения, спектр инесценции перемещается в длинноволновую сторону с течением дани, прошедшего после начала ее возбуждения, т.е. наблвда-я пмгновенные спектры". На основе этой закономерности и 1ерсии 'С ( >Х ) сделан вывод о том, что центр лшшесценщш вставляет собой квазимолекулярный центр донорно-акцепторной ?оды, в котором процесс поглощения и люминесценции сопрово-зтея переносом заряда. В частности, в оптических стеклах

зй центр может иметь вид М-ценгра:

где М - атом (или ион) посторонней примеси. В этой модели перенос заряда происходит между О и М+ .

7. На примере Стекла Ы.0г'.Сг20г показано, что германий, изоморфно замещающий атом кремния, приводит к увеличеяи структурных несовершенств сетки стекла из-за больших своих геометрических размеров, что обусловливает рост интенсквносг широкополосной люминесценции. Этот рост связан с увеличением концентрации М-центров за счет модификации разорванных 51-0 связей примесными атомами. Сделано предположение о возможное существования в сетке кварцевого стекла центров вида:

в которых происходит широкополосная люминесценция с быстрой кинетикой с длительностью~20 не, спектральные свойства кото рой подобны, таковым «голубой" люминесценции с длительностью "'МО мкс.

8. Диффузия водорода в сетку кварцевого стекла уменьшав интенсивность широкополосной люшнесценщш за с«ет модификад М-центров. В зависимости от соотношения концентраций ОН-групн и примесных атомов воздействие ^ -радиации может пря водить_к различным результатам: в образцах, где концентрата

ОН-групп больше, чем примесных атомов, интенсивность шщ кополосной люминесценции уменьшается за счет уменьшения концентрации Ы-цснтров, при обратном соотношении интенсивность растет за счет увеличения концентрации М-центров.

9. Воздействие ^-радиации на структуру'стекла приводит к изменению длительности шрокополосной лшинесцелцш,чз г зорит о чувствительности молекулярных комплексов донорно-акцепторной природы к структурным изменениям (рождению новьи центров поглощения, изменениям плотности вещества, фазовым переходам и т.д.)., '

Выводы, сделанные на основе анализа результатов, подуч< ных в данной диссертации, позволяют сказать, что на основе исследований впервые обнаруженного автором в твердых телах 1 вого явления широкополосной люминесценции с быстрой кинетию сформировалось новое .научное направление - люминесцентная спектроскопия слабопоглощаксщх конденсированных сред. Объек: мк исследования г этш направлении могут являться все прозр; ше жидкости я тверда^ тела (стеклообразные и кристаллически

ысокая оптическая чистота которых делает затруднительными а иногда и невозможным) применение стандартных оптических риборов и методов абсорбционной спектроскопии. В круг проблем, ассматриваемых в рамках этого направления, могут входить сле-укщие явления: природа поведения примесных атомов в решетке верхчисгых прозрачных оптических материалов, образование моле-улярных комплексов с участием атомов основного вещества и. рвмесей, приводящее к возшшновению новых полос поглощения в бласти прозрачности вещества, накопление стру!стурных дефектов разрушение в прозрачных диэлектриках при периодическом воз-ействии на них лазерного излучения, влияние на физические войства прозрачных диэлектриков диффузии .водорода, температу-ы и ¿'-радиации, исследование фазовых переходов и природы рыла Релеевского рассеяния света, проблема Урбаха вблизи края ундаментального поглоще1шя и вопросы ее распространения на идимую и ближнюю ПК область спектра и т.д. При этом источни-ом информации о происходящих в веществе процессах служат ин-енсивность, кинетика и поляризация широкополосной люминесценции. .

Список публикаций по теме диссертации:

. Касывджанов М.А., Хабибуллаев 1I.K. О кинетической природе релаксационных процессов в жидкостях //Сб.докл.Всесоюзного симпозиума по акустооптической спектроскопии.-Ташкент.-1976.-С.214-215. . О ненаправленном параметрическом рассеянии света в кристаллах /Ачилов 1.1.'5., Касшзджанов М.А., Криндач Д.П. и др.// Тезисы докл.УШ Всесоюзной конференции по нелинейной опалке-Тбилиси. -1976. -С. 16. . О ненаправленном свечении прозрач1шх диэлектриков под воздействием лазерного излучения /Ачилов М.<й., Касш/джанов М.А., Криндач Д.П. и др.//Квантовая электроника.-1977,-T.4.JS 9.-<С.1992-1994. ;. О свечении высокопрозрачных сред под действием лазерного излучения /Ачилов М.Ф., Касывджанов М.А., Кршщач Д.П.и др. //Тезиоы до1сл.Всесоюзного совещания по нерезонансному взаимодействию света с веществом.-Ленинград.-1978.-C.5I-52. |. иХвосты" электронных состояний и свечение неупорядоченных сред /Ачилов Ы.Ф., Касывджанов М.А., Кривдач .".П. и др.// Сб.тр.Г1 Всесоюзного симпозиума по акустической снектрсжо-

пии, Май 1978.-Ташкент, 1978.-С.188-190.

6. 0 люминесценции нелегированных широкозонных диэлектриков /Ачилов М.Ф., Касывджанов H.A., Криндач Д.А. и др.//Изв. АН УзССР»сер.физ.-мат.наук.-1982, Я 3.-С.39-42.

7. О широкополосном свечении волоконных световодов под воз; ствием излучения аргонового лазера /Ачилов М.Ф., Касывд нов М.А., Трунилина О.В. и др.//Изв.АН УзССР,сер.физ.-м; наук.-1984, И 2.-С.75-78.

' 8. О спектре р с комбинационного излучения в аморфных прозра1 ных диэлектриках /Абдуллаев <¿.1., Абдумаликов A.A. ,Касш джанов М.А. и др.//Изв.АН УзССР,сер.физ.-мат.наук.-1979 а 5.-с.

9. О природе широкополосного свечения, возбуждаемого лазер: излучением в твердых и жидких веществах /Ачилов М.Ф., Касщцжанов М.А., Трунилина О.В. и др.//Оптика и спектр СК0ШЩ.-1985, Т.59,вып.4.-С.724-726.

10. Структурная люминесценция гвдрогенизировашого и ¿Г-об чешюго волоконного световода типа |.кварц-по,и1.1ер"/Ачил M.Q., Касывджанов U.A., Тру!шлина О.В. и др.//ДАН УзССР 1985 ,Ji Ii .-С.24-25. . ,

11. Структурная люминесценция неупорядоченных веществ и кры линии Релея /Ачилов м.0., Касывджанов М.А., Трунилина О И др.//ДАН УзССР.-1985,й 10.-С.26-27.

12. Касывджанов U.A., Курганов С.С., Хабибуллаев П.К. О лю несценции волоконных световодов и измерите профиля пок зателя преломления /Дезисы дога.Всесоюзной конф.по тех логии световодов.-Горький, 1982.-С.57-58.

13. Свечение неупорадочешшх сред, возбуждаемое в полосе пр рачности вещества /Ачилов М.Ф., Касымджанов H.A., Труни О.В. и др.//Тезисы тр.Республиканской школы по волоконн оптике,-Ташкент,1984.- IS86.-С.179-184.

14. Влияние диффузии водорода на широкополосное свечение вс конных световодов /Ачилов М.Ф., Касывджанов М.А., Труш: на О.В. и др.//Тезисы тр.Республиканской школы по волог ной оптике,1984.- Ташкент,1986.-С.185-189.

15. Касывджанов М.А.,. Курбанов С.С,, Хабибуллаев U.K. Яхт сценпия локализованных экситонов в силикатных стеклах,г бувдаемых УФ-излучешем //ДАН СССР.-1587,Т.297,.'.' x.-C.f

. Каеывджанов М.А., Курганов С.С., Хабибуллаев U.K. -Температурная зависимость параметров »голубой* люминесценции волоконных световодов SiO^-GeO^ с различной концентрацией GeO^ при возбуждении УФ излучением //физика и химия стекла.-1987,T.I3, & 6.-С.924-926.

. Kasymdwnov MA.,KurSaim 5.S., Kti.QbLbat2aev p.k. Optical fibre Euminesi&Ke and refroxtive index pro jib measurement. //Contributed Papeps-Mstracts.Vnte'inatlonat conference, and sckooi «Lasers and applications", ßuchatest, SOJugast USeptem&en 1982.-v,2.-p.203-204.

: Наносекундная люминесценция кварцевых стекол, активированных G-e ,при УФ возбуждении /Каеывджанов М.А., Курбанов С.С., Серебрянсная JLM. и др.//ДАН УзССР.-1987,Л 10.-С.29-30.

>. JlchLHov M.F., Kasymdianov M-fi.tKasymo6a S.S. broadband radiation oj optica? fißers excited wUh ar-oon. taser.fiТруды З-Сикпозоума „Оптическая спектроскопия". - i984,TdbS>.

). О спектральных и кинетических характеристике..: «голубой" люминесценции оптического стекла /Каеывджанов М.А., Курбанов С.С., Серебрянская Л.М. и др./ДАН УзССР.-1£89, J2 I.-С 29—31

1. Kasymdmriov М.А.,КсгаЬаЫ М-К., KhaSißaCeaev P.K.Qpti-caC breakdown and ¿aits"of electronic states oj hanspa-rent dizfectrLcSJ/TpVlii Международной конференции no «байтовой электронике и нелинейной оптике. Польша, Познань -1978

2. Каеывджанов М.А., Курбанов С.С., Хабибуллаев П.К. Быстрая широкополосная люминесценция чиста широкозонных диэлектриков, возбуждаемая а полосе прозрачности вещества.-Ташкент, 1989.-28 с./Препринт /1Ш АН УзССР.Р-12-399).

3. »Опережающая" люминесценция многомодового оптического световода, возбуждаемого импульсным Уг*>-излученкем /Касшдаа-нов М.А., Курбанов G.G., Серебрнлская Л.М. и др.//Оптика

и спектроскопия.-1989, Т.67, вып.6.-С.

¡4. KasymdzanQv М Л., Kasymova Lasen-induced

jast Eumüiüsct>nc<^üj. transparent die Gentries as a new phenomenon.// Proc. о/ VI ihitzrnaUottai ümpo&ium „UPira jast phenomena cn specfi'oöcofu/", /58а-GBR-R£>ai3

25. Kasymcizanoi/ M.A., Kastjmova S.S., KurBanov S.S. Quast -nonlinear

Sprect of the Saser-induced fast luminescence in optical ji&ens>. ttppos. of Й European conference on Quantum gfl ironies £QfC'8S

26. Касшджанов M.A., Курбанов С.С., Хабибуллаев П.К. Быстр! широкополосная фотолюминесценция жидкостей и твердых тел

//ДАН СССР.-1990.-Т.Зт1.

Полпчсто в печати — ffy t'X . t'U^-t

формат Бумаги G0x8V/k- Бумага типографская .\з 1. Печать «РОТЛШ'ШГГ». ООым S,V Тираж HÜ < Дли. я^л

Типограф«» юлапмьспм «Флн» AH VjOO.P. 700170. Ташкент. nj> >1. Г<ч«.шго, 7U.