Механизмы переноса энергии между ионами тулия в кристаллах вольфраматов и молибдатов

  • Наталья Васильевна Гусакова Белорусский национальный технический университет, пр. Независимости, 65, 220013, г. Минск, Беларусь
  • Максим Петрович Демеш Белорусский национальный технический университет, пр. Независимости, 65, 220013, г. Минск, Беларусь
  • Анатолий Сергеевич Ясюкевич Белорусский национальный технический университет, пр. Независимости, 65, 220013, г. Минск, Беларусь
  • Анатолий Алексеевич Павлюк Институт неорганической химии им. А. В. Николаева, Сибирское отделение РАН, пр. Академика Лаврентьева, 3, 630090, г. Новосибирск, Россия
  • Николай Васильевич Кулешов Белорусский национальный технический университет, пр. Независимости, 65, 220013, г. Минск, Беларусь
DOI: https://doi.org/10.33581/2520-2243-2021-1-33-40

Аннотация

Исследованы процессы переноса энергии между ионами тулия в кристаллах Tm:KY(WO4)2, Tm:KLu(WO4)2 и Tm:NaBi(MoO4)2. Спектры поглощения и люминесценции, зарегистрированные при комнатной температуре, использовались для определения микропараметров миграции энергии между возбужденными состояниями 3H4 и 3F4 ионов тулия по теории Ферстера – Декстера. В результате анализа кинетик затухания люминесценции 3H4 → 3F4 в рамках прыжковой модели получены параметры кросс-релаксации 3H4 + 3H6 → 3F4 + 3F4 с учетом миграции энергии возбуждения между ионами тулия. Параметры миграции энергии между ионами тулия в состоянии 3H4, определенные по двум методам, хорошо согласуются между собой. Показано, что рассматриваемые материалы характеризуются эффективным процессом кросс-релаксации, который происходит в результате диполь-дипольного взаимодействия и является миграционно-ускоренным при содержании ионов тулия более ∼1,3–1,5 ат. %. Полученные значения параметров миграции СДД превышают значения параметров кросс-релаксации СДА, что позволяет использовать прыжковую модель при описании процесса переноса энергии в данных кристаллах. Эффективный процесс кросс-релаксации обусловливает сравнительно высокие эффективности лазерных систем на основе исследуемых кристаллов при накачке в области 0,8 мкм. Быстрая миграция энергии между ионами тулия в состоянии 3F4 делает кристаллы вольфраматов и молибдатов привлекательными средами для соактивации ионами Ho3+ в целях получения генерации в области 2,1 мкм. Параметры переноса энергии, полученные в настоящей работе, могут быть использованы при математическом моделировании характеристик лазера.

Биографии авторов

Наталья Васильевна Гусакова, Белорусский национальный технический университет, пр. Независимости, 65, 220013, г. Минск, Беларусь

младший научный сотрудник научно-исследовательского центра оптических материалов и технологий приборостроительного факультета

Максим Петрович Демеш , Белорусский национальный технический университет, пр. Независимости, 65, 220013, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук; старший научный сотрудник научно-исследовательского центра оптических материалов и технологий приборостроительного факультета

Анатолий Сергеевич Ясюкевич, Белорусский национальный технический университет, пр. Независимости, 65, 220013, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук, доцент; ведущий научный сотрудник научно-исследовательского центра оптических материалов и технологий приборостроительного факультета

Анатолий Алексеевич Павлюк, Институт неорганической химии им. А. В. Николаева, Сибирское отделение РАН, пр. Академика Лаврентьева, 3, 630090, г. Новосибирск, Россия

кандидат технических наук; руководитель группы по выращиванию оксидных кристаллов

Николай Васильевич Кулешов , Белорусский национальный технический университет, пр. Независимости, 65, 220013, г. Минск, Беларусь

доктор физико-математических наук, профессор; заведующий кафедрой лазерной техники и технологии приборостроительного факультета

Литература

  1. Pujol MC, Mateos X, Aznar A, Solans X, Suriñach S, Massons J, et al. Structural redetermination, thermal expansion and refractive indices of KLu(WO4)2. Journal of Applied Crystallography. 2006;39(2):230–236. DOI: 10.1107/S0021889806004328.
  2. Gibbs WEK, Booth DJ, Bogdanov VK. Population dynamics of the 3F4 and 3H4 levels in highly-doped Tm3+ :ZB(L)AN glasses. Journal of Non-Crystalline Solids. 2007;353(1):1–5. DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2006.09.037.
  3. Gusakova NV, Mudryi AV, Demesh MP, Yasukevich AS, Pavlyuk AA, Kornienko AA, et al. Growth and spectroscopic properties of Tm3+ :NaBi(MoO4)2 single crystal. Optical Materials. 2018;80:169–176. DOI: 10.1016/j.optmat.2018.04.045.
  4. Troshin AE, Kisel VE, Yasukevich AS, Kuleshov NV, Pavlyuk AA, Dunina EB, et al. Spectroscopy and laser properties of Tm3+ :KY(WO4)2 crystal. Applied Physics B. 2007;86:287–292. DOI: 10.1007/s00340-006-2448-y.
  5. Dexter DL. А theory of sensitized luminescence in solids. The Journal of Chemical Physics. 1953;21(5):836–850. DOI: 10.1063/1.1699044.
  6. Payne SA, Chase LL, Smith LK, Kway WL, Krupke WF. Infrared cross-section measurements for crystals doped with Er3+, Tm3+, and Ho3+. IEEE Journal of Quantum Electronics. 1992;28(11):2619–2630. DOI: 10.1109/3.161321.
  7. McCumber DE. Einstein relations connecting broadband emission and absorption spectra. Physical Review. 1964;136(4A): A954–A957. DOI: 10.1103/PhysRev.136.A954.
  8. Merkle LD, Gruber JB, Seltzer MD, Stevens SB, Allik TH. Spectroscopic analysis of Tm3+ :NaLa(MoO4)2. Journal of Applied Physics. 1992;72(9):4269–4274. DOI: 10.1063/1.352215.
  9. French VA, Petrin RR, Powel RC, Kokta M. Energy-transfer processes in Y3A15O12 :Tm, Ho. Physical Review B. 1992;46(13):8018–8026. DOI: 10.1103/physrevb.46.8018.
  10. Armagan G, Buoncristiani AM, Di Bartolo B. Excited state dynamics of thulium ions in yttrium aluminum garnets. Optical Materials. 1992;1(1):11–20. DOI: 10.1016/0925-3467(92)90012-C.
  11. Braud A, Girard S, Doualan JL, Moncorge R. Spectroscopy and fluorescence dynamics of (Tm3+, Tb3+) and (Tm3+, Eu3+) doped LiYF4 single crystals for 1.5 µm laser operation. IEEE Journal of Quantum Electronics. 1998;34(11):2246–2255. DOI: 10.1109/3.726622.
  12. Burshtein AI. Hopping mechanism of energy transfer. Soviet Journal of Experimental and Theoretical Physics. 1972;35(5): 882–885.
  13. Inokuti M, Hirayama F. Influence of energy transfer by the exchange mechanism on donor luminescence. The Journal of Chemical Physics. 1965;43(6):1978–1989. DOI: 10.1063/1.1697063.
Опубликован
2021-02-11
Ключевые слова: тулий, миграция энергии, кросс-релаксация, вольфрамат, молибдат
Поддерживающие организации Н. В. Гусакова благодарит за поддержку Всемирную федерацию ученых.
Как цитировать
Гусакова, Н. В., Демеш , М. П., Ясюкевич, А. С., Павлюк, А. А., & Кулешов , Н. В. (2021). Механизмы переноса энергии между ионами тулия в кристаллах вольфраматов и молибдатов. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 1, 33-40. https://doi.org/10.33581/2520-2243-2021-1-33-40
Выпуск
№ 1 (2021): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Оптика и спектроскопия

Copyright (c) 2021 Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).