Структурная обусловленность свойств. Часть III. Кристаллохимия лазерных кристаллов. Кузьмичева Г.М. - 21 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

МИРЭА | Москва

Составители: 

Рубрика: 

41
В целях смещения края полосы фундаментального
поглощения в коротковолновую область спектра и
расширения возможностей по внедрению ионов-активаторов
различных размеров и разных формальных зарядов может
быть предложен состав твердого раствора Y
2
AlBeBO
7
на
основе Y
2
SiBe
2
O
7
. Данный выбор связан с необходимостью
сохранения электронейтральности системы за счет реакции:
Si
4+
+ 2Be
2+
= Al
3+
+ Be
2+
+ B
3+
. Такая замена ионов имеет и
некоторый технологический смысл, заключающийся в
возможности расширении спектрального диапазона
прозрачности соединения в ультрафиолетовую область
спектра и некоторого увеличения теплопроводности и
твердости. Кроме того, введение ионов
алюминия в состав
кристалла позволяет активировать эти кристаллы ионами Cr
3+
,
которые изоморфно замещают ионы Al
3+
.
В структуре твердого раствора Y
2
AlBeBO
7
возможно два
варианта распределения катионов по кристаллографическим
позициям: Y
2
Al(Be
0.5
B
0.5
)
2
O
7
и Y
2
Be(B
0.5
Al
0.5
)
2
O
7
согласно
условию электронейтральности. Но из кристаллохимических
соображений (меньшая разность между радиусами Be и B по
сравнению B и Al: r
Be
=0.27 Å, r
B
=0.11 Å, r
Al
=0.39 Å) первый
состав более предпочтителен, что согласуется с результатами
рентгеноструктурного анализа (наименьший R-фактор
получен именно для первого состава). Межатомные
расстояния Be-O и (Be,B)-O (d, Å) в структурах Y
2
SiBe
2
O
7
и
Y
2
Al(Be
0.5
B
0.5
)
2
O
7
согласуются с составами этих позиций:
r
Be
>r
B
и d
Be-O
>d
(Be,B)-O
; аналогичная связь между радиусами
ионов и межатомными расстояниями Si-O и Al-O в
одиночных тетраэдрах: r
Al
>r
Si
и d
Al-O
>d
Si-O
. Наблюдается
корреляция между средними расстояниями Y-O в додекаэдре
и расстояниями катион-анион в тетраэдрах: увеличение
42
средних расстояний в тетраэдрах приводит к уменьшению
среднего межатомного расстояния Y-O. Эта связь
межатомных расстояний может оказать существенное
влияние на вхождение редкоземельных ионов-допантов в
додекаэдрическую позицию.
В активированных неодимом оксидных лазерных
кристаллах величина пикового поглощения в окрестности 807
нм достигает 30 см
-1
при объемной концентрации неодима 4.2
4.5х10
20
см
-3
. Кристаллы с таким пиковым поглощением
наиболее оптимальны для применения в микрочиповых
лазерах с продольной диодной накачкой, так как длина
активного элемента в этом случае составляет 1 мм. Исходя из
приведенных оценок, для применения кристаллов
(Y,Nd)
2
SiBe
2
O
7
и (Y,Nd)
2
AlBeBO
7
в микрочиповых лазерах
достаточно вводить Nd в концентрациях ~3 ат%. При
возбуждении хорошего оптического качества образцов
(Y,Nd)
2
AlBeBO
7
излучением второй гармоники от Nd:YAG -
лазера были зарегистрированы пики люминесценции в
окрестности 870 - 910 нм (позиции наиболее интенсивных
пиков – 905 нм и 909 нм) и пик в окрестности 1068 нм с
хорошо развитым длинноволновым плечом. Время жизни
верхнего лазерного уровня
4
F
3/2
в экспоненциальном
приближении составляет 120 мкс.
Проблемы дефектообразования
Для кристаллов Y
2
AlBeBO
7
обнаружено двойникование
(рис. 7), причем параметры элементарной ячейки двух
монодоменов Y
2
AlBeBO
7
несколько отличаются друг от друга
что может быть связано с отличиями их составов. 
                                 41                                                          42
   В целях смещения края полосы фундаментального               средних расстояний в тетраэдрах приводит к уменьшению
поглощения в коротковолновую область спектра и                 среднего межатомного расстояния Y-O. Эта связь
расширения возможностей по внедрению ионов-активаторов         межатомных расстояний может оказать существенное
различных размеров и разных формальных зарядов может           влияние на вхождение редкоземельных ионов-допантов в
быть предложен состав твердого раствора Y2AlBeBO7 на           додекаэдрическую позицию.
основе Y2SiBe2O7. Данный выбор связан с необходимостью            В активированных неодимом оксидных лазерных
сохранения электронейтральности системы за счет реакции:       кристаллах величина пикового поглощения в окрестности 807
Si4+ + 2Be2+ = Al3+ + Be2+ + B3+. Такая замена ионов имеет и   нм достигает 30 см-1 при объемной концентрации неодима 4.2
некоторый технологический смысл, заключающийся в                  4.5х1020 см-3. Кристаллы с таким пиковым поглощением
возможности       расширении       спектрального   диапазона   наиболее оптимальны для применения в микрочиповых
прозрачности соединения в ультрафиолетовую область             лазерах с продольной диодной накачкой, так как длина
спектра и некоторого увеличения теплопроводности и             активного элемента в этом случае составляет 1 мм. Исходя из
твердости. Кроме того, введение ионов алюминия в состав        приведенных       оценок,  для    применения    кристаллов
кристалла позволяет активировать эти кристаллы ионами Cr3+,    (Y,Nd)2SiBe2O7 и (Y,Nd)2AlBeBO7 в микрочиповых лазерах
которые изоморфно замещают ионы Al3+.                          достаточно вводить Nd в концентрациях ~3 ат%. При
   В структуре твердого раствора Y2AlBeBO7 возможно два        возбуждении хорошего оптического качества образцов
варианта распределения катионов по кристаллографическим        (Y,Nd)2AlBeBO7 излучением второй гармоники от Nd:YAG -
позициям: Y2Al(Be0.5B0.5)2O7 и Y2Be(B0.5Al0.5)2O7 согласно     лазера были зарегистрированы пики люминесценции в
условию электронейтральности. Но из кристаллохимических        окрестности 870 - 910 нм (позиции наиболее интенсивных
соображений (меньшая разность между радиусами Be и B по        пиков – 905 нм и 909 нм) и пик в окрестности 1068 нм с
сравнению B и Al: rBe=0.27 Å, rB=0.11 Å, rAl=0.39 Å) первый    хорошо развитым длинноволновым плечом. Время жизни
состав более предпочтителен, что согласуется с результатами                                   4
рентгеноструктурного анализа (наименьший R-фактор              верхнего лазерного уровня        F3/2 в экспоненциальном
получен именно для первого состава). Межатомные                приближении составляет 120 мкс.
расстояния Be-O и (Be,B)-O (d, Å) в структурах Y2SiBe2O7 и
Y2Al(Be0.5B0.5)2O7 согласуются с составами этих позиций:                     Проблемы дефектообразования
rBe>rB и dBe-O>d(Be,B)-O; аналогичная связь между радиусами
ионов и межатомными расстояниями             Si-O и Al-O в        Для кристаллов Y2AlBeBO7 обнаружено двойникование
одиночных тетраэдрах: rAl>rSi и dAl-O>dSi-O. Наблюдается       (рис. 7), причем параметры элементарной ячейки двух
корреляция между средними расстояниями Y-O в додекаэдре        монодоменов Y2AlBeBO7 несколько отличаются друг от друга
и расстояниями катион-анион в тетраэдрах: увеличение           что может быть связано с отличиями их составов.

Страницы