Структурная обусловленность свойств. Часть III. Кристаллохимия лазерных кристаллов. Кузьмичева Г.М. - 6 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

МИРЭА | Москва

Составители: 

Рубрика: 

11
рабочих частиц. С целью миниатюризации активного
элемента необходимо иметь кристаллы с концентрациями
активных частиц ~10
21
-10
22
cм
-3
. Однако в ряде случаев
повыщение концентрации активаторов приводит к резкому
падению вероятностей излучательных переходов, а это
означает, что резко повышается порог генерации и, главное,
сильно падает КПД. Это явление, называемое
концентрационным тушением люминесценции (КТЛ),
возникает из-за взаимодействия ионов активаторов между
собой. Причем чем меньше расстояние между активаторами,
тем эффект КТЛ сильнее. Отсюда следует необходимость
выбора кристаллической среды (структуры), в которой
возможно размещение ионов активаторов на максимально
больших расстояниях друг от друга.
I.1. Соединения со структурой граната.
Из всех активных сред сегодня наиболее широкое
применение в квантовой электронике находят кристаллы
иттрий-алюминиевого граната Y
3
Al
5
O
12
, активированного
ионами Nd
3+
- Y
3
Al
5
O
12
:Nd (ИАГ:Nd). Это объясняется
удачным сочетанием удовлетворительных спектрально-
генерационных свойств с высокой механической прочностью,
твѐрдостью, высокой теплопроводностью и прозрачностью в
широком спектральном диапазоне. Однако кристаллу ИАГ:
Nd
3+
присущ ряд серьѐзных недостатков. Так, недостаточно
высокой является поглощательная способность этой активной
среды, при увеличении концентрации Nd
3+
свыше 1% ат.
проявляется эффект КТЛ, вследствие низкого коэффициента
распределения ионов Nd
3+
(k
Nd
=0.18) качественные
нонокристаллы ИАГ:Nd
3+
можно получить лишь при низких
скоростях вытягивания порядка 1 мм/час.
12
Особенностью кубической структуры граната, в частности,
Y
3
Al
5
O
12
, является наличие трѐх неэквивалентных позиций
для катионов соответственно с искаженной додекаэдрической
(для Y), октаэдрической (для Al) и тетраэдрической (для Al)
координацией атомами кислорода (рис.2).
Рис. 2. Сочленение полиэдров в структуре граната
Уменьшить эффект КТЛ возможно при переходе к
соединениям другого состава, которые имеют эту же
кристаллическую структуру, но с большими параметрами
элементарных ячеек. Это вполне осуществимо для
скандиевых редкоземельных гранатов общего состава
Ln
3
Sc
2
M
3
O
12
(M=Al,Ga), в которых КТЛ действительно
выражено заметно слабее, чем в ИАГ. Это объясняется
увеличением кратчайшего расстояния Nd
3+
- Nd
3+
, что
является следствием большего параметра элементарной
ячейки: a
ИАГ
=12.008Å, a
ГСАГ
=12.395Å, a
ГСГГ
=12.567Å
(ИАГ- Y
3
Al
5
O
12
, ГСАГ- Gd
3
Sc
2
Al
3
O
12
, ГСГГ - Gd
3
Sc
2
Ga
3
O
12
). 
                             11                                                            12
рабочих частиц. С целью миниатюризации активного                Особенностью кубической структуры граната, в частности,
элемента необходимо иметь кристаллы с концентрациями         Y3Al5O12, является наличие трѐх неэквивалентных позиций
активных частиц ~1021-1022 cм-3. Однако в ряде случаев       для катионов соответственно с искаженной додекаэдрической
повыщение концентрации активаторов приводит к резкому        (для Y), октаэдрической (для Al) и тетраэдрической (для Al)
падению вероятностей излучательных переходов, а это          координацией атомами кислорода (рис.2).
означает, что резко повышается порог генерации и, главное,
сильно     падает    КПД.    Это   явление,   называемое
концентрационным тушением люминесценции             (КТЛ),
возникает из-за взаимодействия ионов активаторов между
собой. Причем чем меньше расстояние между активаторами,
тем эффект КТЛ сильнее. Отсюда следует необходимость
выбора кристаллической среды (структуры), в которой
возможно размещение ионов активаторов на максимально
больших расстояниях друг от друга.

      I.1. Соединения со структурой граната.
   Из всех активных сред сегодня наиболее широкое
применение в квантовой электронике находят кристаллы
иттрий-алюминиевого граната Y3Al5O12, активированного              Рис. 2. Сочленение полиэдров в структуре граната
ионами Nd3+ - Y3Al5O12:Nd (ИАГ:Nd). Это объясняется
удачным сочетанием удовлетворительных спектрально-              Уменьшить эффект КТЛ возможно при переходе к
генерационных свойств с высокой механической прочностью,     соединениям другого состава, которые имеют эту же
твѐрдостью, высокой теплопроводностью и прозрачностью в      кристаллическую структуру, но с большими параметрами
широком спектральном диапазоне. Однако кристаллу ИАГ:        элементарных ячеек. Это вполне осуществимо для
Nd3+ присущ ряд серьѐзных недостатков. Так, недостаточно     скандиевых редкоземельных гранатов общего состава
высокой является поглощательная способность этой активной    Ln3Sc2M3O12 (M=Al,Ga), в которых КТЛ действительно
среды, при увеличении концентрации Nd3+ свыше 1% ат.         выражено заметно слабее, чем в ИАГ. Это объясняется
проявляется эффект КТЛ, вследствие низкого коэффициента      увеличением кратчайшего расстояния Nd3+ - Nd3+, что
распределения ионов Nd3+ (kNd=0.18) качественные             является следствием большего параметра элементарной
нонокристаллы ИАГ:Nd3+ можно получить лишь при низких        ячейки: aИАГ=12.008Å, aГСАГ=12.395Å, aГСГГ=12.567Å
скоростях вытягивания порядка 1 мм/час.                      (ИАГ- Y3Al5O12, ГСАГ- Gd3Sc2Al3O12, ГСГГ - Gd3Sc2Ga3O12).

Страницы