Пилиев Ю.Ю.
ПАРАМЕТРЫ ИНТЕНСИВНОСТИ ЭЛЕКТРОННЫХ ПЕРЕХОДОВ В ИОНАХ НЕОДИМА, НАХОДЯЩИХСЯ В КРИСТАЛЛАХ ВОЛЬФРАМАТА *
Аннотация:
в работе были определены параметры интенсивности электронных переходов в ионах неодима, находящихся в кристаллах вольфрамата. В ходе исследований были использованы современные методологические подходы: комплексное исследование спектроскопических параметров кристаллических образцов, включающее измерение спектров поглощения высокого разрешения в широком спектральном диапазоне, сопоставление пиков поглощения соответствующим им переходов в активаторных центрах
Ключевые слова:
ультрафиолетовая спектроскопия, инфракрасная спектроскопия, интенсивность, спектроскопическое исследование кристаллов вольфраматов, спектры пропускания, спектры поглощения, излучения
УДК 53.043
Пилиев Ю.Ю.
студент кафедры физики конденсированного состояния вещества
Кубанский государственный университет
(г. Краснодар, Россия)
ПАРАМЕТРЫ ИНТЕНСИВНОСТИ ЭЛЕКТРОННЫХ
ПЕРЕХОДОВ В ИОНАХ НЕОДИМА, НАХОДЯЩИХСЯ
В КРИСТАЛЛАХ ВОЛЬФРАМАТА
Аннотация: в работе были определены параметры интенсивности электронных переходов в ионах неодима, находящихся в кристаллах вольфрамата. В ходе исследований были использованы современные методологические подходы: комплексное исследование спектроскопических параметров кристаллических образцов, включающее измерение спектров поглощения высокого разрешения в широком спектральном диапазоне, сопоставление пиков поглощения соответствующим им переходов в активаторных центрах.
Ключевые слова: ультрафиолетовая спектроскопия, инфракрасная спектроскопия, интенсивность, спектроскопическое исследование кристаллов вольфраматов, спектры пропускания, спектры поглощения, излучения.
Активированные трёхвалентными ионами Nd3+ кристаллы, наряду с некоторыми другими редкоземельными ионами, являются одними из самых широко используемых активных лазерных сред В данной разделе исследуются кристаллы, которые приведены на рисунках 1-2.
Рис. 1. Спектр поглощения вольфраматов бария
с примесями неодима, германия (BaWO4 :Nd, Ge)
Рис. 2. Спектры поглощения вольфраматов бария, активированных с добавлением в качестве компенсирующей примеси
Значения показателя преломления кристаллов BaWO4 :Nd, Ge можно расчитать из уравнения Зельмеера ( в мкм):
Колебания вектора для σ–поляризованного света перпендикулярны главной плоскости сечения, поэтому ему соответствует обыкновенная волна (показатель преломления); колебания вектора для –поляризованного света параллельны главной плоскости сечения, поэтому ему соответствует необыкновенная волна (показатель преломления).
Если уровни вырождены, в (3) следует произвести суммирование по относящимся к ним состояниям. Излучение в общем случае анизотропно за счёт анизотропии, как тензора диэлектрической проницаемости, так и показателя преломления.
Таблица 1 – Значения показателя преломления для обыкновенной и необыкновенной волны в кристалле BaWO4
|
Длина волны λ, мкм |
n0 |
nе |
|
0,878 |
1,873 |
1,865 |
|
0,805 |
1,877 |
1,868 |
|
0,748 |
1,880 |
1,871 |
|
0,682 |
1,885 |
1,876 |
|
0,633 |
1,890 |
1,880 |
|
0,583 |
1,895 |
1,886 |
|
0,525 |
1,905 |
1,895 |
|
0,478 |
1,915 |
1,904 |
|
0,431 |
1,928 |
1,917 |
Анизотропия тензора диэлектрической проницаемости связана с макроскопической симметрией кристалла, тогда как свойства тензора силы линии определяются симметрией окружения излучательного центра, которая в общем случае ниже макроскопической. При этом имеется несколько групп центров, которые переходят друг в друга в результате преобразований из кристаллического класса. Центры, как правило, равномерно распределены по возможным позициям в элементарных ячейках, но эта равномерность сохраняется для возбуждённых центров, только если условия возбуждения одинаковы для всех групп центров. В этом случае для характеристики полного излучения кристалла нужно усреднить вероятность спонтанного электрического дипольного перехода между соответствующими уровнями редкоземельного иона по всем возможным центрам, в результате чего его симметрия повысится до макроскопической.
Применяя методику, разработанную Джаддом и Офельтом для сил линий, которые могут быть вычислены с одной стороны из суммы пар произведений квадратов матричных элементов переходов примесного иона U(t) , которые слабо зависят от окружения, умноженных на соответствующие им параметры интенсивности Ωt (формула 4).
, 4
С другой стороны силы линий находятся экспериментально из интегральных спектров поглощения электромагнитного излучения (формула 3). Затем составляется система линейных уравнений относительно Ωt и из условия минимума среднего квадратичного отклонения между измеренными и теоретическими значениями сил линий, находятся значения параметров интенсивности Ωt (формулы 5-7).
, (5)
, (5)
. (7)
Расчёты проведены с учётом отражений на гранях кристаллических образцов с использованием формулы (8).
. (8)
Таблица 2 – Интегральное поглощение, измеренные и рассчитанные силы линий в кристалле BaWO4 :Nd
|
Возбуждённое состояние |
λ, нм |
Гσ |
Гπ |
Гaverage |
Smeas× 10-20, см2 |
Scalc×10-20, см2 |
|
4F3/2 |
878 |
16,80 |
42,39 |
25,33 |
1,00 |
0,94 |
|
4F5/2+2H9/2 |
805 |
49,48 |
120,80 |
73,25 |
3,15 |
2,81 |
|
4F7/2+4S3/2 |
748 |
35,87 |
78,51 |
50,08 |
2,32 |
2,62 |
|
4F9/2 |
682 |
2,28 |
1,26 |
1,94 |
0,10 |
0,20 |
|
2H11/2 |
633 |
0,44 |
0,71 |
0,53 |
0,03 |
0,05 |
|
4G5/2+2G7/2 |
583 |
211,18 |
246,19 |
222,85 |
13,04 |
13,03 |
|
2K13/2+4G7/2+4G9/2 |
525 |
34,45 |
36,00 |
34,97 |
2,25 |
1,92 |
|
4G11/2+2D3/2+2G9/2+2K15/2 |
478 |
1,72 |
2,64 |
2,03 |
0,14 |
0,29 |
|
2P1/2 |
431 |
1,24 |
0,98 |
1,15 |
0,09 |
0,13 |
|
RMS ΔS = 0,63 × 10-20 см2 |
||||||
Кроме теоретической важности, данные зависимости имеют большую практическую важность. По известным зависимостям оценивать значения параметров Джадда-Офельта, из которых уже можно рассчитать интересующие величины. И наоборот, зная, какими свойствами должна обладать лазерная среда, можно по данной цепочке зависимостей примерно определить требуемый состав матрицы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Демьянец Л.Н. О кристаллохимии изоморфных замещений в молибдатах и вольфраматах двухвалентных металлов / Л.Н. Демьянец, В.В. Илюхин, А.В. Чичагов и др. // Неорганические материалы. – 1967. – № 3. – C. 2221-2234.
Плахов Г.Ф. Кристаллическая структура PbWO4 / Г.Ф. Плахов, Е.А. Победимская, М.А. Симонов, Н.В. Белов // Кристаллография. – 1970. – Т. 15. – 1067-1068.
Chang L.L.Y. Phase Relation in the system PbO-WO3 / L.L.Y. Chang // J. Amer. Ceram. Soc. – 1971. – Vol. 54, N. 7. – 357-358.
Richter P.W. C.W.F.T. Pistorius. PbWO4-III (a high-pressure form) / P.W. Richter, G.J. Kruger //Acta Cryst. – 1976. – B32. – 928.
Лимаренко Л.Н. Влияние структурных дефектов на физические свойства вольфраматов / Л.Н. Лимаренко, А.Е. Носенко, М.В. Пашковский, Д.Л. Футорский // Вища школа, Львов. – 1978, 160с.
Piliev Yu.Yu.
student of the Department of Condensed Matter Physics
Kuban State University
(Krasnodar, Russia)
ELECTRONIC INTENSITY PARAMETERS
TRANSITIONS IN NEODYMIUM IONS LOCATED IN
IN TUNGSTATE CRYSTALS
Abstract: in this paper, the parameters of the intensity of electronic transitions in neodymium ions located in tungstate crystals were determined. In the course of the research, modern methodological approaches were used: a comprehensive study of the spectroscopic parameters of crystal samples, including measurement of high-resolution absorption spectra in a wide spectral range, comparison of absorption peaks of corresponding transitions in activator centers.
Keywords: ultraviolet spectroscopy, infrared spectroscopy, intensity, spectroscopic study of tungsten crystals, transmission spectra, absorption spectra, radiation.
Номер журнала Вестник науки №6 (51) том 3
Ссылка для цитирования:
Пилиев Ю.Ю. ПАРАМЕТРЫ ИНТЕНСИВНОСТИ ЭЛЕКТРОННЫХ ПЕРЕХОДОВ В ИОНАХ НЕОДИМА, НАХОДЯЩИХСЯ В КРИСТАЛЛАХ ВОЛЬФРАМАТА // Вестник науки №6 (51) том 3. С. 243 - 248. 2022 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/5916 (дата обращения: 20.04.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2022. 16+