Рост кристаллов и методы исследования

Кристалл молибдата стронция, активированный неодимом, был выращен методом Чохральского из платинного тигля в воздушной атмосфере. Скорость вытягивания составляла 3 мм/ч, скорость вращения штока — 40 об/мин. Над тиглем устанавливался платиновый нагреватель сопротивления (детальное описание конструкции теплового узла изложено в [1]). Выращивание производилось на затравки, вырезанные из номинально чистых кристаллов в направлении [100]. По окончании процедуры роста, производился отрыв кристалла от расплава, отжиг в течение 2 часов и охлаждение до комнатной температуры со скоростью 150° С/час.

Для измерений спектров поглощения из цилиндрической части полученного кристалла изготавливались плоскопараллельные пластины, толщиной 2.7 мм, с полированными поверхностями, ориентированные параллельно плоскости [100].

Поляризованные спектры поглощения исследуемого кристаллического образца молибдата стронция регистрировались со спектральным разрешением 0.6нм в области 450- 950 нм при Kна спектрофотометре ЛОМО СФ — 256 УВИ приведены на рисунках 1 — 2.

Рисунок 1. у — спектр поглощения кристалла SrMoO4: NdNbO4 ат.1%.

Рисунок 2. р — спектр поглощения кристалла SrMoO4: NdNbO4 ат.1%.

Поляризованные спектры поглощения кристаллов вольфраматов стронция состоят из шести групп линий переходов ионов Nd³⁺с основного состояния ⁴I_9/2 на возбуждённые энергетические уровни иона неодима: ⁴G_9/2+⁴G_7/2+²K_13/2; ⁴G_5/2+²G_7/2; ⁴F_9/2; ⁴F_7/2+⁴S_3/2;⁴F_5/2+²H_9/2; ⁴F_3/2 с максимумами поглощения вблизи длин волн 525, 584, 682, 747, 805 и 878 нм соответственно.

Неодим Активированные трёхвалентными ионами Nd³⁺ кристаллы, наряду с некоторыми другими редкоземельными ионами, являются одними из самых широко используемых лазерных материалов. Схема энергетических уровней и лазерных переходов в ионе неодима изображена на рисунке 3.

Рисунок 3. Схема энергетических уровней и основных лазерных переходов иона Nd3+.

Диапазон перестройки генерации лазерного излучения для неодима довольно высок, начиная от возможности осуществлять генерацию на высокоэнергетическом переходе²L_15/2>⁴I_9/2, порождающем электромагнитное излучение с длиной волны порядка 340 нм, до длинноволнового лазерного перехода ⁴F_3/2>⁴I_13/2, сопровождающегося излучением волны длины порядка 1350 нм.

Диапазон изменения длины волны генерации Nd³⁺практически не зависит от кристаллической матрицы, но значения интегральных интенсивностей и сил осцилляторов ионов неодима в зависимости от выбранной матрицы могут изменяться в 2−3 раза. Заметим, что значения сечений поглощения Nd³⁺ в кристаллах на порядок выше, чем для стёкол, что связано с разницей неоднородного уширения линий. Поэтому выбор конкретной кристаллической матрицы определяется особенностями поставленной задачи.

При малой концентрации неодима квантовый выход излучения с метастабильного уровня ⁴F_3/2 близок к единице для любой матрицы. Тушение люминесценции существенно проявляется только в высококонцентрированных образцах. Обычно тушение идёт по кросс-релаксационному типу и усиливается миграцией возбуждений.