ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРИМЕСЕЙ ПРАЗЕОДИМА, ТУЛИЯ И ГОЛЬМИЯ НА ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЮ
ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ Y1-xYBxAL3(BO3)4                     

Kостюков Сергей Владимирович, аспирант, Северо-Кавказский федеральный университет
(Ставропольский край, г. Ставрополь, пр. Кулакова, 2), oyso2013@yandex.ru

544.2:[546.273:543.4]

Актуальность и цели. Как известно, примеси редкоземельных элементов могут оказывать значительное влияние на люминесцентно-кинетические характеристики люминофоров. Нами исследовалось воздействие примесей ионов Pr3+, Tm3+ и Ho3+ на ИК-люминесценцию полидисперсных твердых растворов Y1-xYbxAl3(BO3)4 в области длин волн 960–1100 нм.
Материалы и методы. Для определения воздействия примесей ионов Pr3+, Tm3+ и Ho3+ на ИК-люминесценцию полидисперсных твердых растворов Y1-xYbxAl3(BO3)4 при возбуждении лазерным излучением с длиной волны в интервале 940–980 нм нами были синтезированы и исследованы следующие концентрационные серии: Y0,85-xYb0,15PrxAl3(BO3)4 (0 ≤ х ≤ 0,01), Y0,85-xYb0,15TmxAl3(BO3)4 (0 ≤ х ≤ 0,1), Y0,85-xYb0,15HoxAl3(BO3)4 (0 ≤ х ≤ 0,1). Проведен анализ энергетических структур ионов иттербия, празеодима, тулия, гольмия.
Результаты. Примеси ионов Pr3+, Tm3+ и Ho3+ оказывают заметное влияние на ИК-люминесценцию полидисперсных твердых растворов Y1-xYbxAl3(BO3)4. Эти примеси являются тушителями ИК-люминесценции. Наиболее сильное воздействие оказывает примесь ионов Pr3+. При их концентрации, равной 0,01 атомных долей, происходит падение интенсивности ИК-люминесценции в области длин волн 960–1100 нм в 10 раз.
Выводы. На основании анализа экспериментальных зависимостей и энергетических структур ионов иттербия, празеодима, тулия, гольмия предложены механизмы передачи энергии от ионов иттербия к ионам примеси. Основными каналами передачи энергии можно считать следующие: Yb3+ (2F5/2) → Рr3+ (1G4), Yb3+ (2F5/2) → Tm3+ (3H5), Yb3+ (2F5/2) → Но3+ (5I6).

люминесценция, редкоземельные элементы, YAl3(BO3)4, празеодим, тулий, иттербий, гольмий.

 Скачать статью в формате PDF

1. Rytz, D. YAl3(BO3)4: a novel NLO crystal for frequency conversion to UV wavelengths / D. Rytz, A. Gross, S. Vernay, V. Wesemann // Proceedings-spie the international society for optical engineering. – 2008. – Vol. 6998. – P. 699814-1–12.
2. YAl3(BO3)4:Yb&Tm a nonlinear crystal: Up- and down-conversion phenomena and excited state relaxations / G. Dominiak-Dzik, W. Ryba-Romanowski, R. Lisiecki, I. Főldvári, E. Beregi // Optical Materials. – 2009. – Vol. 31, I. 6. – P. 989–994.
3. Болдырев, К. Н. Неэквивалентные центры Yb3+ в одноцентровых лазерных кристаллах Y1-xYbxAl3(BO3)4 / К. Н. Болдырев, М. Н. Попова, Л. Н. Безматерных, М. Беттинелли // Квантовая электроника. – 2011. – Т. 41, № 2. – С. 120–124.
4. Костюков, С. В. Изучение люминесцентных свойств Y1-xYbxAl3(BO3)4 / С. В. Костюков, О. Я. Манаширов, В. А. Воробьев // Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. – 2012. – № 4 (33). – С. 15–18.
5. Болдырев, К. Н. Спектроскопическое исследование редкоземельных алюминиевых и хромовых боратов со структурой хантита : автореф. дис. … канд. физ.- мат. наук: 01.04.05 / Болдырев К. Н. – Троицк, 2011. – 28 с.
6. High-power laser performance of Yb:YAl3(BO3)4 crystals cut along the crystallographic axes / J. Liu, X. Mateos, H. Zhang, J. Li, J. Wang, V. Petrov // Journal of Quantum Electronics. – 2007. – Vol. 43, № 5. – Р. 385–390.
7. Growth and optical properties of Ho,Yb:YAl3(BO3)4 crystal / J. Li, J. Wang, H. Tan, X. Cheng, F. Song, H. Zhang, Sh. Zhao // Journal of Crystal Growth. – 2003. – Vol. 256, I. 3–4. – P. 324–327.
8. Growth, optical spectroscopy and crystal field investigation of YAl3(BO3)4 single crystals doped with tripositive praseodymium / M. H. Bartl, K. Gatterer, E. Cavalli, A. Speghini, M. Bettinelli // Spectrochimica Acta Part A. – 2001. – Vol. 57. – P. 1981–1990.
9. Avalanche up-conversion processes in Pr, Yb-doped materials / S. Kuck, A. Diening, E. Heumann, E. Mix, T. Sandrock, K. Sebald, G. Huber // Journal of Alloys and Compounds. – 2000. – Vol. 300, 301. – Р. 65–70.
10. Nd3+→Yb3+ energy transfer in the YAl3(BO3)4 nonlinear laser crystal / D. Jaque, M. O. Ramirez, L. E. Bausa, J. G. Sole, E. Cavalli, A. Spheghini, M. Betinelli // Physical Review B. – 2003. – Vol. 68, I. 3. – P. 035118-1–9.
11. Соколов, А. Э. Магнитный круговой дихроизм и оптическая спектроскопия иона Tm3+ в монокристалле TmAl3(BO3)4 : автореф. дис. … канд. физ.-мат. наук: 01.04.11 / Соколов А. Э. – Красноярск, 2010. – 23 с.
12. Hyperfine interactions in YAB:Ho3+: A high-resolution spectroscopy investigation / A. Baraldi, R. Capelletti, M. Mazzera, N. Magnani, I. Földvári, E. Beregi // Physical Review B. – 2007. – Vol. 76, I. 16. – Р. 165130.