СИНТЕЗ, ИЗУЧЕНИЕ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ И КИНЕТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ
(Y0,89-XYB0,1TM0,01HOX)3AL5O12 

Поздняков Егор Игоревич, аспирант, Северо-Кавказский федеральный университет (Россия, Ставропольский край, г. Михайловск, ул. Завгороднего, 101), EgPozd@yandex.ru 

544.03:546.65 

Актуальность и цели. На современном этапе развития науки и техники остро стоит вопрос поиска материалов, способных эффективно преобразовывать энергию из ближнего ИК-диапазона в диапазон более 2 мкм. На современном рынке полупроводниковых приборов присутствуют высокоэффективные мощные источники излучения (лампы накаливания, светодиоды), способные генерировать излучение в диапазоне 0,94–0,98 мкм, однако практически отсутствуют сопоставимые по эффективности и доступности люминофоры и лазеры, способные быть источником излучения в диапазоне более 2 мкм. Существующие люминесцентные и лазерные материалы, способные преобразовывать энергию в указанных диапазонах, представлены в основном стеклами, монокристаллами на основе теллуридов, сульфидов, которые не обладают достаточной устойчивостью и химической стойкостью, что сильно ограничивает их применение в жестких условиях, например, в условиях высоких температур, радиационного воздействия, а также при высоких плотностях возбуждения. Полидисперсные люминофоры на основе алюминатов редкоземельных элементов со структурой граната давно известны как материалы, обладающие большим набором положительных качеств, таких как высокая температурная, радиационная и химическая стойкость, также они положительно проявляют себя при высоких плотностях накачки или возбуждения, обладают отличными механическими и оптическими свойствами.
Материалы и методы. В ходе работы синтезировались полидисперсные твердые растворы методом твердофазного синтеза при температуре 1450 °С в течение 24 ч. Для полученных твердых растворов с помощью фотоприемного устройства ФПУ-1 и монохроматора МДР-204 регистрировалось стоксовое ИК-излучение в области 960–2200 нм при возбуждении лазерным излучением с длиной волны 940 нм. Фазовый состав синтезированных образцов контролировали при помощи рентгенофлуоресцентного анализа (дифрактометр Д-591, фирма «Siemens», Cu Kα-излучение Ni-фильтр). Кинетику затухания ИК-люминесценции изучали при помощи фотоприемника ФУП-2 и монохроматора МДР-204.
Результаты. Синтезированы твердые растворы состава (Y0,89-xYb0,1Tm0,01Hox)3Al5O12, изучены их люминесцентные и кинетические характеристики, установлены зависимости интенсивности стоксовой ИК-люминесценции в диапазонах 0,96–1,1 мкм и 1,62–2,04 мкм; 2,04–2,15 мкм от концентрации ионов Ho3+ при возбуждении лазерным излучением с длиной волны 0,94 мкм. Проведен анализ энергетических структур ионов иттербия, тулия, гольмия. На основе этого анализа предположено, что люминесценция в области 0,96–1,1 мкм обусловлена энергетическими переходами между штарковскими компонентами уровней 2F7/2→2F5/2 иона иттербия. Излучение в области 1,8–2,05 мкм обусловлено излучательными переходами между штарковскими компонентами уровней 3F4→3H6 иона тулия, излучение в области 2,05–2,15 мкм обусловлено излучательными переходами между штарковскими компонентами уровней 5I7 →5I8 иона гольмия.
Выводы. Проанализированы полученные спектры люминесценции и кинетические характеристики, построены графики зависимостей интенсивности люминесценции и постоянной затухания от концентрации ионов гольмия. На основе полученных графиков зависимостей определен оптимальный состав люминофора, обеспечивающий максимальную интенсивность люминесценции в области 2000–2150 нм при возбуждении лазерным излучением с длиной волны 940 нм. 

редкоземельные элементы, люминесценция, алюмоиттриевый гранат, Y3Al5O12. 

1. Манаширов, О. Я. Влияние чистоты исходных веществ на интенсивность люминесценции эрбия в антистоксовых люминофорах / О. Я. Манаширов, Н. И. Смирдова, Н. П. Ефрюшина, М. С. Полуэктов // Высокочистые вещества. – 1988, № 3. – С. 198 – 201.
2. Geller, S. Crystal chemistry of the garnets / S. Geller // Z. Kristallographic. – 1967. – Vol.125,№1–6.–Р.1–47.
3. Susanne, T. Fredrich-Thornton. Nonlinear Losses in Single Crystalline and Ceramic Yb:YAG Thin-Disk Lasers / T. Susanne // Dissertation zur Erlangung des Doktorgrandes des Department Physik der Universitat Hamburg. – 2010. – 222 р.
4. Tsang, Yuen. A Yb3+/Tm3+/Ho3+ triply-doped tellurite fibre laser / Yuen Tsang, Billy Richards, David Binks, Joris Lousteau, Animesh Jha // Optics express. – 2008. – Vol. 16, № 14. – P. 73–78.
5. Zhekov, V. I. Absorption Spectra and Selective Excitation of Y3Al5O12: Tm3+ and YLiF4: Tm3+ Laser Systems / V. I. Zhekov, G. G. Asatianim Z. G. Melikishvili et al. // Solid state and liquid lasers. – 2000. – Vol. 10, № 2. – P. 532–539.