Исследование спектральных свойств кристалла Tm:CaF2
Курсовой проект - Компьютеры, программирование
Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование
ьных элементов от Ce до Lu составляют 1,07 - 0,85 .
Введение трехвалентных ионов Ln3+ в решетку флюорита вместо двухвалентных ионов кальция связано с необходимостью компенсации заряда в кристалле. Эта компенсация может быть выполнена одним из трех способов:
)Один ион Tm3+ замещает один ион Са2+, а в соседнюю ячейку кубической решетки вводится дополнительный ион F-;
)Один ион Tm3+ замещает один ион Са2+, а второй ион Са2+ замещается ионом какого-либо одновалентного металла M+;
)Два иона Tm3+ замещают три иона Са2.
Однако все эти способы приводят к искажению симметрии структуры и появлению дополнительных центров окраски и люминесценции. В кристаллической решетке флюорита возможны несколько типов оптических центров Ln3+, различающихся структурой. Это обусловлено многообразием элементарных точечных дефектов эффективных электрических зарядов. Различные комбинации дефектов с ионами Tm3+ и обуславливают наблюдающееся на практике многообразие оптических центров. В кристаллической решетке флюорита возможны несколько типов оптических центров Ln3+, различающихся структурой. Это обусловлено многообразием элементарных точечных дефектов эффективных электрических зарядов. Различные комбинации дефектов с ионами Ln3+ и обуславливают наблюдающееся на практике многообразие оптических центров. Структуры некоторых центров Ln3+ в кристаллах типа флюорита показаны на рис. 2.2. Возможности образования центров различной структуры обусловливает сильная изменчивость оптических свойств кристаллов флюорита с Ln3+ при небольших изменениях процессов синтеза и выращивания кристаллов или концентрации активатора и других примесей. К этим другим примесям относятся анионные примеси типа кислорода. Влияние кислорода на спектры люминесценции очень заметно: изменяется не только положение, но и число линий. Кислород легко входит в решетку флюорита, изоморфно замещая ион фтора, так как ионные радиусы их близки (F-=1,33, O2-=1,36).
Рис. 2.2. Структуры оптических центров Ln3+ в кристаллах: кубический центр; тетрагональный; тригональный; ромбический (слева направо)
При этом появляется новая ось симметрии. Такие центры участвуют в генерации. На оптические свойства кристаллов флюорита сильное влияние оказывает облучение жестким рентгеновским или ? - излучением. При этом ионы Ln3+ частично восстанавливаются в Ln2+, электромагнитное поле решетки изменяется; это обусловливает перестройку структур оптических центров оставшихся ионов Ln3+. Как правило, сложные центры (например ромбические) исчезают. Однако после обжига этих кристаллов при 300 - 400?С первоначальные спектры их полностью восстанавливаются.
Выращивание монокристаллов флюорита производится только из стехиометрических расплавов. Обычно используют три метода: метод Стокбаргера, метод Чохральского и метод зонной плавки. Для получения кристаллов высокого оптического качества большое значение имеет качество исходных материалов, так как наличие в них посторонних примесей (особенно кислорода, воды) приводит к снижению качества монокристалла.
Кристаллы, используемые в нашей работе, выращены методом Бриджмена - Стокбаргера. Важнейшими факторами, влияющими на рост кристаллов в этом случае, являются величина температурного градиента и возможно плоский фронт кристаллизации. С увеличением диаметра кристалла выполнение этих условий становится все более затруднительным. Экспериментально показано, что для флюорита достаточен градиент 7 град/см, но, например, для получения кристаллов LnF3 хорошего качества необходим градиент 30 град/см. Печь сконструирована так, чтобы температурный градиент был по возможности более резким. Платиновый или графитовый тигель имеет коническое днище с приваренной к нему платиновой трубкой с радиационными отражательными экранами. Это обеспечивает интенсивный теплоотвод в нижней суженной части тигля и тем самым зарождение центра кристаллизации, определяющего дальнейший ориентированный рост кристалла из расплава. Фронт кристаллизации медленно перемещается с постоянной скоростью до тех пор, пока не закристаллизуется весь материал. Ввиду жесткости медных и платиновых трубок осуществляется перемещение не тигля, а горячей зоны. Внутри большой печи с платиновыми нагревателями помещается малая платиновая печь, которая связана с механизмом перемещения. Внутрь малой печи помещают тигель с исходной шихтой. После этого система продувается потоком сухого гелия (4 см3/с) в течение нескольких часов, после чего к гелию добавляют безводный фтористый водород (парциальное давление 0,1 атм.). Температуру печи медленно поднимают так, чтобы горячая зона была нагрета на 50? выше точки плавления фторида кальция, т.е. примерно до 1400?С. В течение нескольких часов тигель выдерживают при этой температуре, затем газ отключают и начинают перемещение малой печи со скоростью 1 - 5 мм/с. После того как весь материал пройдет через зону с температурным градиентом, печь охлаждают со скоростью 25 град/ч до комнатной температуры [8].
2. Исследование спектрально-оптических свойств кристалла
2.1 Исследование спектральных характеристик на переходах накачки
Схема уровней и основные процессы в кристалле Tm: CaF2 показаны на рисунке 3.1.
Рис. 3.1. Схема уровней и основные переходы в кристалле Tm: CaF2. Процесс 1 - накачка, 2 - кросс-релаксация, 3 и 4 - люминесценция с уровня 3H4, 5 - безызлучательный переход, 6 - лазерный переход
Накачка осуществляется c основного состоя?/p>