Фемтосекундное многофотонное возбуждение люминесценции примесных ионов в кристаллах - Ioffe Journals
←
→
Транскрипция содержимого страницы
Если ваш браузер не отображает страницу правильно, пожалуйста, читайте содержимое страницы ниже
Оптика и спектроскопия, 2019, том 126, вып. 3
06
Фемтосекундное многофотонное возбуждение люминесценции
примесных ионов в кристаллах
© В.И. Барышников 1,2 , О.В. Горева 1 , Ю.А. Григорьева 1 , О.Л. Никонович 1
1
Иркутский государственный университет путей сообщения,
664074 Иркутск, Россия
2
Иркутский филиал Института лазерной физики Сибирского отделения РАН,
664033 Иркутск Россия
e-mail: vibh@rambler.ru
Поступила в редакцию 03.08.2018 г.
В окончательной редакции 08.10.2018 г.
Принята к публикации 06.11.2018 г.
Исследован механизм возбуждения люминесценции примесного состава в кристаллических материалах
под действием интенсивного фемтосекундного лазерного излучения. Установлено, что в ходе фемтосе-
кундной трехфотонной ионизации собственного вещества кристалла образуется высокая концентрации
зонных электронов и дырок, которые последовательно захватываются примесными ионами. Эффективность
электронно-дырочного возбуждения примесного состава в кристаллах, как и при воздействии электронным
пучком, определяется степенью различия электронных систем s-, p-, d-подгрупп внешней оболочки катионов
собственного вещества и активатора.
DOI: 10.21883/OS.2019.03.47375.230-18
Введение ионов активатора и собственного вещества, потенциал
в окрестности примесных ионов, сформированный s-
Кардинальное увеличение объемной плотности мощ- , p-, d-подгруппами валентных электронных оболочек,
ности источников фемтосекундного лазерного излуче- нерегулярен. В этом случае принцип Блоха нарушает-
ния обеспечивает высокий темп возбуждения кристал- ся, и зонные электроны (e) и дырки (h) в процессе
лического вещества диэлектриков, при котором проис- миграции эффективно передают энергию примесным
ходит эффективная многофотонная ионизация собствен- дефектам [8,9]. Так, например, в кристаллах Ce : YAlO3 ;
ных ионов и наводятся электроны зоны проводимости и Ce : Y3 Al5 O12 ; Ti : Al2 O3 ; Er : BaY2 F8 ; Tl : NaI и др. на-
дырки валентной зоны [1,2]. На основе данных особен- блюдается высокий выход примесной КЛ (∼ 10%) при
ностей лазерного возбуждения кристаллов значительное незначительной концентрации активатора в веществе
развитие получили исследования фундаментального и (0.1 wt.%).
прикладного характера. Прежде всего, это определение По данным [1–3], в ходе фемтосекундного много-
быстропротекающих механизмов взаимодействия мощ- фотонного лазерного и сильноточного наносекундного
ного фемтосекундного лазерного излучения с веществом электронного возбуждения ионных кристаллов дости-
и углубление фундаментальных основ высокоэнергети- гается значительная по величине, наведенная в ходе
ческой физики твердого тела [3,4]. Разработка новых ионизации собственного вещества, концентрация зонных
систем и элементов квантовой электронной техники, носителей заряда. Вместе с тем в течение фемтосекунд-
методов и аппаратуры эффективной диагностики диэлек- ного лазерного воздействия при длительности импульса,
трических материалов [5–7]. например 5 · 10−14 s, можно считать, что наведенные
Известно [8–10], что в кристаллах, возбуждаемых зонные электроны и дырки неподвижны. И напротив,
сильноточными наносекундными электронными пучка- в ходе воздействия импульса наносекундного электрон-
ми, достигается высокий темп возбуждения вещества, ного пучка, который по длительности на 3−4 порядка
при котором на временном интервале 0.1−10 ns про- более продолжителен, эффективность возбуждения лю-
исходит передача интенсивного ударного воздействия минесценции легирующей примеси зависит не только от
и лавинно наводится высокая концентрация зонных степени различия электронных систем s-, p-, d-подгрупп
электронов и дырок (1019 −1021 cm−3 ). При этом уста- внешней оболочки ионов собственного вещества и акти-
новлено, что в ионных кристаллах выход наносекундной ватора, но и определяется временем миграции наведен-
катодолюминесценции (КЛ) примесных ионов определя- ных зонных электронов и дырок [8,9]. Такие особенности
ется эффективностью их взаимодействия с наведенными в механизмах лазерного фемтосекундного возбуждения
зонными носителями заряда, которое зависит от степени легирующей примеси с участием наведенных зонных
различия электронных систем s-, p-, d-подгрупп внешней электронов и дырок при многофотонной ионизации
оболочки ионов собственного вещества и активатора. собственного вещества в диэлектрических кристаллах не
То есть при различии валентных электронных структур изучены. Таким образом, целью работы является изуче-
336Фемтосекундное многофотонное возбуждение люминесценции примесных ионов в кристаллах 337
ние механизмов мультифотонного фемтосекундного воз- 2
PL intensity, arb. units
буждения фотолюминесценции (ФЛ) примесных ионов 1'
в диэлектрических кристаллах на фемтосекундных и 1.0
K, cm–1
наносекундных временных интервалах.
1
0.5
Образцы, методы и техника
исследования 2
1
0 0
В экспериментах исследовались полированные со всех 300 400 500 600 700
сторон легированные, номинальной и высокой чистоты Wavelength, nm
кристаллы YAlO3 , Y3 Al5 O12 , Al2 O3 , Y2 SiO5 , LiLuF4 , Рис. 1. Спектры поглощения (1, 2) номинально чистого
BeAl2 O4 , YAlO3 , LaF3 , NaCl и др. (20 × 5 × 5 mm3 ). Для (содержание Ce и Ti около 10−4 wt.%) (1) и легированного
возбуждения ФЛ примесей в режиме многофотонного (10−1 wt.% Ti) (2) кристалла YAlO3 , спектр одноимпульсной
возбуждения использовалась вторая гармоника фемто- ФЛ Ti3+ и Ce3+ (1’) при 300 K. Возбуждение: 2ω : Ti :Ṡp лазер,
секундного перестраиваемого Ti : Al2 O3 лазера TIF-50. λ = 390 nm. Регистрация: задержка 5 ns, экспозиция 10 µs.
Регулировка длительности фемтосекундных импульсов
производилась в диапазоне 50−100 fs. Фемтосекундные
лазерные импульсы посредством юстировочной системы распределения интенсивности ФЛ и КЛ примесей в ка-
подавались на торцевую поверхность кристалла. Преци- нале лазерного возбуждения даже при микросекундных
зионная система юстировки широкополосного сфериче- экспозициях позволяет устранить внешние оптические
ского зеркала и продольного перемещения исследуемого шумы.
кристалла обеспечивала плавную регулировку интенсив- Импульсный фототок в кристаллах измерялся в спе-
ности в кристалле лазерного фемтосекундного пучка, циальной коаксиальной малоиндуктивной кювете при
вплоть до области гауссовой перетяжки. Импульсная помощи осциллографа Tektronix TDS3032B. Титановые
интенсивность лазерного излучения в области гауссовой электроды размером 2.0 × 2.0 mm2 прижимались к кри-
перетяжки достигает 2.5 GW/cm2 . Зеркала изготовле- сталлу толщиной 2.0 mm через индий-галлиевую эвтек-
ны методом напыления алюминия на соответствующие тику и токосъем производился на коаксиальный разъем.
стеклянные подложки. Коаксиальный кабель-накопитель импульсно заряжался
Для возбуждения КЛ использован коаксиально со- до напряжения 5 kV и разряжался через образец на на-
члененный с вакуумным криостатом миниатюрный на- грузку 50 . Лазерный пучок диаметром 1 mm подавался
носекундный сильноточный ускоритель электронов c на кристалл через вышеуказанную юстировочную систе-
энергией электронов в пучке 250 keV, плотностью тока му перпендикулярно к линиям напряженности электри-
0.1−2.0 kA/cm2 и длительностью импульса 1 ns. Через ческого поля. Эта серия экспериментов проводилась на
кварцевые окна вакуумного малоиндуктивного криоста- полированных образцах в виде пластин 8 × 8 × 1 mm3 .
та на образец направлялось излучение фемтосекундного Временное разрешение кювета-осциллограф соответ-
лазера и велось измерение спектрально кинетических ствует 1 ns.
параметров КЛ и ФЛ.
Контроль спектральных и временных параметров фем-
тосекундных лазерных импульсов производился соответ- Фемтосекундное лазерное
ственно с помощью спектрометра ASP-100M и авто- возбуждение в кристаллах примесных
коррелятора на основе прецизионного интерферометра ионов и наведенная фотопроводимость
Майкельсона. Управление работой спектрометра и ин-
терферометра производилось посредством специального В ходе возбуждения номинально чистых кристал-
программного обеспечения. лов YAlO3 (содержание Ce и Ti около 10−4 wt.%)
Регистрация пространственного распределения спек- перестраиваемым излучением 2ω : Ti : Sp-лазера (390 nm,
тральной интенсивности фотолюминесценции в кристал- 80 MHz, 50 fs) обнаружены две полосы люминесцен-
ле производилась системой, в составе которой спектро- ции при 380 и 575 nm (рис. 1), которые иден-
граф МДР-4, стробируемый с наносекундным разреше- тифицированы по методу [11] и связаны соответ-
нием микроканальный электронно-оптический преобра- ственно с излучением примеси Ce3+ и Ti3+ . Уста-
зователь (ЭОП), импульсная ПЗС-матрица с объективом новлено, что при фемтосекундном возбуждении на
и модулем микропроцессорного управления, контроля и длине волны λв = 480 nm (3hν = 7.8 eV ≈ Eg = 7.8 eV)
передачей данных. Выбор оптимальной чувствительно- указанная ФЛ не наблюдается, а при возбуждении
сти импульсной ЭОП-ПЗС системы обеспечивается спе- на λв = 470 nm (3hν = 7.9 eV > Eg ) появляется и до
циальным программным обеспечением. Следует отме- λв = 450 nm (3hν = 8.3 eV > Eg ) ее интенсивность су-
тить, что импульсный метод регистрации спектрального щественно возрастает. Кроме того, выход ФЛ Ce3+ и Ti3+
22 Оптика и спектроскопия, 2019, том 126, вып. 3338 В.И. Барышников, О.В. Горева, Ю.А. Григорьева, О.Л. Никонович
100 мость импульсного тока фотопроводимости от интенсив-
hn ности фемтосекундного лазерного возбуждения на длине
3 80 360 nm имеет близкую кубическую закономерность для
hn
кристаллов Y3 Al5 O12 , Al2 O3 , LaF3 , NaCl. Таким образом,
80 в указанных кристаллах, как и в YAlO3 , примесные
hn1 дефекты могут возбуждаться путем последовательного
PL intensity, arb. units
hn
60 взаимодействия с наведенными зонными электронами
Photocurrent, mA
60 и дырками в результате трехфотонной ионизации соб-
hn
ственного вещества кристалла.
2
Анализ зависимости величины импульсного фототока
40 и интенсивности люминесценции примесных центров от
40 плотности мощности фемтосекундных лазерных импуль-
сов показывает их принципиальное различие (рис. 2).
Так, в соответствии с механизмом трехфотонной иони-
20 зации собственного вещества кристалла величина им-
20 1 пульсного тока фотопроводимости имеет кубическую
зависимость от интенсивности фемтосекундного лазер-
ного возбуждения, а выход примесной ФЛ — квадра-
0 0
2 3 4 5 6 7 8 9 тичную (рис. 2). Данное различие зависимостей тока
Laser intensity, 10 MW/cm2 проводимости и выхода люминесценции примесей от
объемной плотности фемтосекундного лазерного воз-
Рис. 2. Зависимость интенсивности ФЛ (1, 2) примесных
буждения кристаллов обусловлено тем, что концен-
ионов Ce3+ и импульсного фототока (3) в кристаллах YAlO3
при 300 K от плотности мощности фемтосекундного лазерного
трация наведенных электронов в зоне проводимости
возбуждения, λ = 390 nm: 1 — эксперимент, 2 — компьютер- соответствует выражению
ное моделирование. На вставке: квантовая система и электрон-
ные переходы при трехфотонном возбуждении ФЛ ионов Ce3+ . γI 3 jn
ne = = , (2)
3hν ce
где I — интенсивность фемтосекундных лазерных им-
имеет нелинейную зависимость от интенсивности фем- пульсов, γ = cm3 · s · W−2 — коэффициент трехфотон-
тосекундного лазерного воздействия (рис. 2) и практи- ного поглощения, hν — энергия фотона, j — плотность
чески не зависит от температуры в интервале 78−300 К. тока фотопроводимости, e — заряд электрона, n —
Полученные результаты указывают на трехфотонный показатель преломления кристалла, c — скорость света.
механизм возбуждения ионов Ce3+ и Ti3+ в кристаллах Известно, что процесс возбуждения примесных ионов,
YAlO3 и позволяют считать, что процесс возбуждения наведенными зонными электронами и дырками, состоит
ФЛ Ce3+ и Ti3+ происходит путем последовательного из этапов миграции и захвата, когда электрон достигает
захвата зонных дырок и электронов по реакции (1), ко- сферу действия примеси и передает энергию в соответ-
торые наводятся по механизму трехфотонной ионизации ствии с сечением взаимодействия [8,12]. Отсюда время
собственного вещества кристаллов: возбуждения примеси составляет tr + tc , где tr — время
3hν → R(O2− ) → e + h, миграции, tc — время захвата ионом электрона или
дырки примесью. Поскольку tr ≫ tc , то время возбуж-
Ti3+ + h → Ti4+ + e → (Ti3+ )∗ → Ti3+ + hνTi3+ дения примеси практически определяется временем tr .
. В течение времени tr = 10−11 s и электрон, и дырка в
Ce3+ + h → Ce4+ + e → (Ce3+ )∗ → Ce3+ + hνCe3+
(1) процессе миграции могут попасть в поле действия при-
Для проверки данного утверждения была измерена месного иона, пройдя дистанцию более 100 регулярных
зависимость импульсной фотопроводимости кристалла узлов кристаллической решетки [8,12]. Зонные носители
YAlO3 от интенсивности фемтосекундного лазерного заряда, не попавшие в поле действия примесного иона,
возбуждения на длине волны 390 nm. При этом исполь- в ходе миграционного процесса теряют кинетическую
зовались кристаллы номинальной частоты (примесей энергию и спустя время tr достигают соответственно
10−4 wt.%). дна зоны проводимости и потолка валентной зоны
Кристалл в соответствии со схемой эксперимента (рис. 2), переходя в малоподвижное (термализованное)
устанавливался так, что лазерный пучок полностью состояние с временем жизни tt = 10−9 s [10]. Эффек-
перерывал торцевую площадь кристалла. Величина им- тивность процесса захвата примесными ионами терма-
пульсного тока фотопроводимости имеет кубическую лизованных носителей заряда на временном интервале
зависимость от интенсивности фемтосекундного лазер- от 10−11 s до 10−9 s на два порядка ниже, чем в ходе
ного возбуждения YAlO3 кристалла (рис. 2). Зависи- их миграционного процесса [8,12]. Тогда при условии
Оптика и спектроскопия, 2019, том 126, вып. 3Фемтосекундное многофотонное возбуждение люминесценции примесных ионов в кристаллах 339
tr = 10−11 s ≫ texc = 5 · 10−14 s концентрация возбужден- Кроме того, при плотности тока электронного пуч-
ных примесных ионов после первого фемтосекундного ка 0.05 kA/cm2 наблюдается аномально высокий выход
лазерного импульса определяется по формуле (η ∼ 10%) КЛ ионов Се3 и Ti3+ при их концентра-
ции 0.1 wt.% в кристаллах Ce : YAlO3 ; Ce :Ẏ3 Al5 O12 ;
γI 3 Ce : Y2 SiO5 ; Ce : LiLuF4 ; Ti : Al2 O3 ; Ti : BeAl2 O4 ; Ti : YAlO3
N a∗ = σa N a tr , (3)
3hν и др. Данные результаты прямо указывают на то, что
где N a — концентрация примеси в кристалле, σa — сечение взаимодействия зонных дырок и электронов с
сечение взаимодействия зонных носителей заряда с при- ионами примесного (σa ) и собственного (σ ) вещества
месными ионами. На последующих импульсах фемтосе- отличается более чем на два порядка: σa ≫ σ [8,9]. Это
кундного лазерного возбуждения с периодом следования связано с тем, что в окрестности примесных дефек-
Texc = 1.2 · 10−8 s при времени жизни в возбужденном тов потенциал, сформированный главным образом s-
состоянии примесных ионов τ от 2.5 · 10−8 до 11 · 10−6 , p-, d-подгруппами валентных электронных оболочек
s справедливо выражение примесных ионов, нерегулярен, принцип Блоха нару-
шается [8,9,13]. В этом случае электроны и дырки
γI 3
N a∗m+1 = σa N a tr − αN a∗m Itexc , (4) эффективно передают энергию примесным дефектам,
3hν что соответствует неравенству σa ≫ σ [8,9].
где α — коэффициент поглощения из возбужденного В ходе фемтосекундного лазерного возбуждения
состояния примесного иона (рис. 2), texc — длитель- YAlO3 кристаллов по механизму трехфотонной иони-
ность фемтосекундного импульса. Близкие к квадратич- зации кристаллического вещества (n = 1.94) в соот-
ной зависимости выход ФЛ примесей от интенсивности ветствии с данными импульсной фотопроводимости
фемтосекундного лазерного возбуждения, полученный в (рис. 2) и правой части формулы (2), при интенсивности
эксперименте и путем компьютерного моделирования 60 MW/cm2 , длительности 50 fs и диаметре пучка 1 mm в
формулы (4) по параметрам эксперимента для Ce3+ дисковом филаменте протяженностью 5 µm, где объем-
в кристаллах YAlO3 , практически совпадают (рис. 2). ная интенсивность соответствует 1.2 GW/cm−3 , наводит-
Данный результат указывает на мультифотонный ме- ся концентрация зонных электронов 1016 cm−3 . Вблизи
ханизм возбуждения ФЛ, в основе которого фемтосе-
гауссовой перетяжки объемная интенсивность соответ-
кундная трехфотонная ионизация собственного вещества
ствует ∼ 10 TW/cm−3 , концентрация зонных электро-
кристалла с последующим захватом примесными ионами
нов и дырок в филаменте диаметром 10 µm достигает
зонных дырок и электронов. При этом с возбужденного
состояния происходит конкурирующий переход электро- 1021 cm−3 и соответствует объемной плотности зонных
на при поглощении четвертого фотона возбуждающего носителей заряда, наводимых сильноточным наносекунд-
лазерного импульса (вставка рис. 2). ным пучком электронов (1 kA/cm2 , 250 keV, 1 ns).
На основе представленного анализа проведено еди-
новременное исследование ФЛ и КЛ в кристаллах
Эффективность возбуждения Y3 Al5 O12 номинальной чистоты (примесей < 10−5 wt.%)
примесных ионов фемтосекундными при синхронном фемтосекундном лазерном и электрон-
лазерными импульсами и ном возбуждении. При этом сфокусированный фемто-
наносекундными электронными секундный лазерный луч диаметром 50 µm проходил
пучками по кристаллу выше 200 µm-слоя, возбуждаемого на-
носекундным электронным пучком с плотностью тока
В кристаллах, возбуждаемых сильноточными наносе- 0.25 kA/cm2 . Электронный пучок был диафрагмирован
кундными электронными пучками при плотности тока так, что система регистрации наблюдала примерно оди-
0.05−2.0 kA/cm2 , лавинно наводится высокая концен- наковый объем свечения КЛ и ФЛ каналов. В этой
трация зонных электронов и дырок (1019 −1021 cm−3 ). серии экспериментов система регистрации запускалась
При этом последовательные взаимодействия одной пары по фронту наносекундного импульса пучка электронов.
зонных e и h охватывает не менее 100 собственных
Результаты, представленные на рис. 3, хорошо согла-
узлов регулярной решетки [8,12]. В таком случае при
возбуждении плотными наносекундными электронными суются с приведенным выше анализом на основе дан-
пучками (1 kA/cm2 , 250 keV, 1 ns) кристаллов, наведен- ных фотопроводимости (рис. 2) и показывают высокую
ные зонные e и h с объемной плотностью 1021 cm−3 , эффективность электронно-дырочного механизма при
последовательно взаимодействуя практически со всеми трехфотонном лазерном и электронном возбуждении
собственными и примесными ионами решетки кристал- люминесценции примеси Ce3+ с полосой при 525 nm
ла, обеспечивают 100% возбуждение примесных ионов. и временем затухания τ = 60 ns и Pr3+ при 380 nm
Именно этим объясняется аномальное короткоживущее и τ = 28 ns в кристаллах Y3 Al5 O12 (рис. 3). Таким
просветление примесных полос поглощения в кристал- образом, при интенсивном фемтосекундном лазерном
лах, подвергнутых электронной бомбардировке [8,9]. облучении указанных кристаллов механизм возбуждения
22∗ Оптика и спектроскопия, 2019, том 126, вып. 3340 В.И. Барышников, О.В. Горева, Ю.А. Григорьева, О.Л. Никонович
Выше отмечено, что при электронном облучении
кристаллов эффективность возбуждения примесей будет
CL, PL intensity, arb. units
1.0 низкой при незначительном различии s-, p-, d-подгрупп
1 внешней электронной оболочки активатора и собствен-
ных катионов решетки кристалла. Такими кристаллами
0.5 2 являются Ce : LaF3 (La3+ −5p6 , Ce3+ −5p6 ). Действитель-
но выход КЛ Ce3+ (5d−4 f : 285 nm, 20 ns, 300 K) в
кристаллах Ce : LaF3 , соотносится с их концентрацией
0 (Ce3+ 0.1 wt.%) и на два порядка ниже эффективности
350 400 450 500 550 600 700 КЛ Ce3+ — (5d−4 f : 360 nm, 35 ns, 300 К) в Ce : YAlO3
Wavelength, nm (Ce3+ −5p6 ,Y3+ −4p6 ) с такой же концентрацией Ce3+
Рис. 3. Одноимпульсный спектр люминесценции Ce3+ (полоса 0.1 wt.% [9].
с максимумом 525 nm) и Pr3+ (полоса с максимумом 380 nm) В соответствии с данной закономерностью исследова-
в кристаллах Y3 Al5 O12 при единовременном возбуждении на единовременная одноимпульсная ФЛ Ce3+ при фем-
плотным наносекундным электронным пучком (1) и фемто-
тосекундном лазерном возбуждении сборки из двух кри-
секундными лазерными импульсами, λ = 450 nm (2). Регистра-
ция: задержка 5 ns, экспозиция 125 ns. Сверху спектрограмма. сталлов Ce : LaF3 и Ce : YAlO3 . В кристалле Ce : LaF3 кон-
Температура 300 К. центрация Ce3+ соответствовала 0.1 wt.%, а в Ce :ẎAlO3
концентрация Ce3+ на два порядка меньше 0.001 wt.%.
При этом лазерный пучок был разделен на два оди-
наковых по интенсивности (50 MW/cm2 ) возбуждающих
1.0 луча.
a
PL intensity, arb. units
Результаты, представленные на рис. 4, показывают
0.5 незначительное различие интенсивности ФЛ Ce3+ в
кристаллах Ce : LaF3 и Ce : YAlO3 и свидетельствуют
0 о том, что эффективность возбуждения ФЛ Ce3+ в
0.5 Ce : YAlO3 на два порядка выше, чем в Ce : LaF3 . По-
b
этому с учетом результатов, представленных в [8,9],
0 можно утверждать, что при фемтосекундной лазерной
240 280 320 360 400 440 480
мультифотонной ионизации кристаллического вещества
Wavelength, nm
эффективность электронно-дырочного возбуждения при-
Рис. 4. Одноимпульсный единовременный спектр ФЛ Ce3+ в месного состава в кристаллах, как и при воздействии
кристаллах Ce : LaF3 (a) и Ce : YAlO3 (b) при 300 K. Возбуж- электронным пучком, определяется степенью различия
дение: 2ω : Ti : Sp лазера, λ = 360 nm. Сверху спектрограмма.
электронных систем s-, p-, d-подгрупп внешней обо-
Регистрация: задержка 5 ns, экспозиция 100 ns.
лочки катионов собственного вещества и активатора и
выход примесной ФЛ соответствует выражению
примеси Ce3+ и Pr3+ соответствует реакции N a σa N a σa
η= ≈ , (6)
2− N − Na σ N σ
3hν → R(O ) → e + h,
* + где N — концентрация узлов кристаллической решетки.
Pr3+ + h → Pr4+ + e → (Pr3+ )∗ → Pr3+ + hνPr3+
. Таким образом, в ходе интенсивного фемтосекунд-
Ce3+ + h → Ce4+ + e → (Ce3+ )∗ → Ce3+ + hνCe3+ ного лазерного возбуждения кристаллов в результате
(5) трехфотонной ионизации кристаллического вещества в
Единовременное наблюдение ФЛ и КЛ примесей в но-
электронно-дырочном филаменте концентрация зонных
минально чистых кристаллах Y3 Al5 O12 , YAlO3 , Y2 SiO5 ,
носителей заряда достигает 1021 cm−3 и соответствует
YLiF4 , NaCl, CsI (примесей < 10−4 wt.%) и высокой
объемной плотности зонных дырок и электронов, наво-
частоты кристаллах Al2 O3 (примесей < 10−6 wt.%) при
синхронном фемтосекундном лазерном (λexc = 360 nm, димых сильноточным наносекундным пучком электро-
диаметр пучка 10 µm) и электронном наносекундном нов. При этом в результате трехфотонной ионизации
(0.25 kA/cm2 ) возбуждениях зарегистрирован близкий по кристаллического вещества эффективность электронно-
величине выход ФЛ и КЛ. Таким образом, при фем- дырочного возбуждения примесного состава в кристал-
тосекундной многофотонной ионизации собственного лах, как и при воздействии электронным пучком, опре-
вещества кристаллов возбуждение примесного состава деляется степенью различия электронных систем s-, p-,
происходит по механизму последовательного захвата d-подгрупп внешней оболочки катионов собственного
примесными ионами зонных дырок и электронов. вещества и активатора.
Оптика и спектроскопия, 2019, том 126, вып. 3Фемтосекундное многофотонное возбуждение люминесценции примесных ионов в кристаллах 341
Список литературы
[1] Барышников В.И., Колесникова Т.А. // Опт. и спектр. 2003.
Т. 95. № 4. C. 638; Baryshnikov V.I., Kolesnikova T.A. // Opt.
Spectrosc. 2003. V. 95. N 4. P. 638.
[2] Перлин Е.Ю., Елисеев К.А., Идрисов Э.Г., Халилов Я.Т. //
Опт. и спектр. 2012. Т. 112. № 6. C. 920; Perlin E.Y.,
Eliseev K.A. Idrisov E.G., Xalilov Y.T. // Opt. Spectrosc. 2012.
V. 112. N 6. P. 920.
[3] Барышников В.И., Колесникова Т.А. // ФТТ. 2005. Т. 47.
№ 10. C. 1776.
[4] Иванов А.В., Перлин Е.Ю. // Опт. и спектр. 2009. Т. 106.
№ 5. C. 764; Ivanov A.V., Perlin E.Y. // Opt. Spectrosc. 2009.
V. 106. N 5. P. 764.
[5] Knox W.H. // IEEE J. Quant. Electron. 1986. V. 24. P. 388.
[6] Чекалин С.В. // УФН. 2006. Т. 176. P. 657.
[7] Барышников В.И., Горева О.В. Патент РФ № 2650093,
2018.
[8] Барышников В.И., Колесникова Т.А. // ФТТ. 1998. Т. 40.
№ 6. C. 1030.
[9] Барышников В.И., Колесникова Т.А., Квапил И. // ФТТ.
1994. Т. 36. № 9. С. 2788.
[10] Вайсбурд Д.И., Семин Б.И., Таванов Э.Г., Матлис С.В.,
Балычев И.Н., Геринг Г.И. Высокоэнергетическая электро-
ника твердого тела. Новосибирск: Наука, 1982. 225 с.
[11] Барышников В.И., Щепина Л.И., Колесникова Т.А. Патент
РФ № 1795738, 1993.
[12] Алукер Э.Д., Лусис Д.Ю., Чернов С.А. Электронные
возбуждения и радиолюминесценция щелочно-галоидных
кристаллов. Рига: Зинатне, 1979. 252 с.
[13] Ильинский Ю.А., Келдыш Л.В. Взаимодействие электро-
магнитного излучения с веществом. М.: МГУ, 1989. 300 с.
Оптика и спектроскопия, 2019, том 126, вып. 3Вы также можете почитать
