© 2009 г. М. С. Смирнов, канд. физ.-мат. наук; О. В. Овчинников, канд. физ.-мат. наук; П. В. Новиков; А. Н. Латышев, доктор физ.-мат. наук; М. А. Ефимова, канд. физ.-мат. наук
Воронежский государственный университет, Воронеж
E-mail: opt@phys.vsu.ru
Показана принципиальная возможность реализации низкопорогового ограничения мощности в обладающих сенсибилизированной антистоксовой люминесценцией ионно-ковалентных кристаллах с адсорбированными структурами типа “кластер металла – молекула красителя”. Для диспергированных в желатиновую матрицу нанокристаллов AgCl(I) размером 40–70 нм с адсорбированными молекулами красителей и малоатомными кластерами серебра при температуре 77 K обнаружен и исследован эффект ограничения мощности для излучения с λ = 660 нм. Эффект наблюдался для излучения плотностью 1017–1019 квант/см2с при длительности импульса 1 мс. С помощью техники Z-сканирования установлено, что основным механизмом ограничения является самофокусировка, возникающая вследствие изменения показателя преломления среды при изменении концентрации электронов на ловушках в запрещенной зоне нанокристаллов.
Ключевые слова: оптические переключатели, низкопороговые ограничители мощности излучения, ионно-ковалентные кристаллы с адсорбированными металлоорганическими структурами.
Коды OCIS: 140.3360, 160.4330, 190.59.70
УДК 535.327, 535.373.2
Поступила в редакцию 12.03.2009
Low-threshold power limitation of optical radiation in crystals with sensitized anti-Stokes luminescence
. S. Smirnov, O. V. Ovchinnikov, P. V. Novikov, A. N. Latyshev, and M. A. Efimova
ЛИТЕРАТУРА
1. Tutt L.W., Boggess T.F. A review of optical limiting mechanisms and devices using organics, fullerenes, semiconductors and other materials // Prog. in Quant. Electr. 1993. V. 17. № 4. P. 299–338.
2. Miles P.A. Bottleneck optical limiters: the optimal use of excited-state absorbers // Appl. Opt. 1994. V. 33. № 30. P. 6965–6979.
3. Perry J.W., Mansour K., Lee I.-Y.S., Wu X.-L., Bedworth P.V., Chen C.-T., Marder D.Ng, Miles P., Wada T., Tian M., Sasabe H. Organic optical limiter with a strong nonlinear absorptive response // Science. 1996. V. 273. № 5281. P. 1533–1536.
4. Kovsh D.I., Yang S., Hagan D.J., Van Stryland E.W. Nonlinear optical beam propagation for optical limiting // Appl. Opt. 1999. V. 38. № 24. P. 5168–5180.
5. Nevejina-Sturhan A., Werhahn O., Siegner U. Lowthreshold high-dynamic-range optical limiter for ultra-short laser pulses // Appl. Phys. B. 2002. V. 74. № 6. P. 553–557.
6. Sun Y.-P. , Riggs J.E. Organic and inorganic optical limiting materials. From fullerens to nanoparticles // Int. Rev. Phys. Chem. 1999. V. 18. № 1. P. 43–90.
7. Zhang L., Wang L. Recent research progress on optical limiting property of materials based on phtalocyanine, its derivatives and carbon nanotubes // J. Mater. Sci. 2008. V. 43. № 17. P. 5692–5701.
8. Ганеев Р.А., Усманов Т.Б. Нелинейно-оптические характеристики различных сред // Квант. электрон. 2007. Т. 37. В. С. 605–622.
9. Smirl A.L., Bogges T.F., Dubard J., Gui A.G. Single and multiple beam nonlinear absorption and refraction measurements in semiconductors // Proc. SPIE. 1990. V. 1307. P. 251–261.
10. Михеева O.П., Сидоров А.И. Ограничение излучения с длиной волны 0,65 мкм в примесном селениде цинка // Оптический журнал. 2001. Т. 68. № 12. С. 115–116.
11. Михеева О.П., Сидоров А.И., Хайкина А.С., Чугуевец Е.В. Особенности оптического ограничения импульсно-периодического лазерного излучения в примесном GaAs и ZnSe // Письма в ЖТФ. 2002. T. 28. В. 2. C. 21–24.
12. Сидоров А.И. Механизм низкопорогового ограничения излучения в компенсированном арсениде галлия // Оптический журнал. 2002. Т. 69. № 1. С. 7–10.
13. Багров И.В., Жевлаков А.П., Сидоров А.И. Ограничение лазерных импульсов нано- и микросекундной длительности в компенсированном арсениде галлия // Письма в ЖТФ. 2001. T. 27. В. 10. C. 25–30.
14. Овсянкин В.В. Феофилов П.П. Кооперативная сенсибилзация люминесценции галоидосеребряных солей и спектральная сенсибилизация фотографических эмульсий // Докл. AH CCCP. 1967. T. 174. № 24. C. 787–789.
15. Hediger H., Junod P., Steiger R. Dye sensitized photoluminescence in silver halides // J. Luminesc. 1981. V. 24/25. Part 2. P. 881–884.
16. Белоус В.М., Ахмеров А.Ю., Жуков С.А., Свиридова О.И. Люминесцентные исследования электронно-дырочных процессов в галогенидосеребрянных микрокристаллах с адсорбированными молекулами красителей // ЖНиПФиК. 1998. Т. 43. № 6. С. 3–11.
17. Клюев В.Г., Кушнир М.А., Латышев А.Н. Фотохимическая сенсибилизация антистоксовой люминесценции бромойодосеребряных эмульсий // ЖНиПФиК. 2001. T. 46. № 5. C. 49–53.
18. Ефимова М.А., Клюев В.Г., Овчинников О.В. Антистоксова люминесценция твердых растворов AgCl(I), сенсибилизированная продуктами низкотемпературного фотохимического процесса // Вестн. Воронеж. ун-та. Сер. Физика, математика. 2003. № 2. С. 25–29.
19. Овчинников О.В., Воробьева Р.П., Евлев А.Б., Квашнина Н.В., Латышев А.Н., Утехин А.Н., Черных С.В., Смирнов М.С. Антистоксова люминесценция микрокристаллов твердых растворов AgCl0,95I0,05 с адсорбированными молекулами органических красителей // ЖПС. 2006. Т. 73. № 5. С. 592–596.
20. Иевлев В.М., Латышев А.Н., Овчинников О.В.,
Смирнов М.С., Холкина А.М., Утехин А.Н., Евлев А.Б. Фотостимулированное формирование центров антистоксовой люминесценции в ионно-ковалентных кристаллах // Докл. АН. 2006. Т. 409. № 6. С. 756–758.
21. Овчинников О.В., Смирнов М.С., Латышев А.Н., Стаселько Д.И. Фотостимулированное формирование сенсибилизированной антистоксовой люминесценции в микрокристаллах AgCl(I) // Опт. и спектр. 2007. Т. 103. № 3. С. 497–504.
22. Овчинников О.В., Косякова Е.А., Смирнов М.С., Евлев А.Б., Клюев В.Г., Латышев А.Н., Утехин А.Н. Антистоксова люминесценция твердых растворов Zn0,6Cd0,4S с адсорбированными молекулами органических красителей и малоатомными кластерами серебра // ЖПС. 2007. T. 74. № 5. C. 617–620.
23. Sutherland R.L. Handbook of nonlinear optics. N.Y.: Marcel Dekker Inc., 1996. 685 p.
24. Сухоруков А.П. Дифрация световых пучков в нелинейных средах // Соровский образовательный журнал. 1996. № 5. С.85–92.
25. Tsay Y.-f., Bendow B., Mitra S.S. Theory of the temperature derivative of the refractive index in transparent crystals // Phys. Rev. B. 1973. V. 8. № 6. P. 2688–2696.
26. Die Grundlagen der photographischen Prozesse mit Silberhalogeniden / Herausgegeben von Frieser H., Haase G., Klein E. Frankfurt an Main, 1968. B. 1–3. 1480 s.
27. Sanchez-de-la-Llave D., Iturbe Gastilo M.D., Ramos Garcia R. Slow nonlinearities in bleached photo graphic film // Proc. SPIE. 2003. V. 4797. P. 110–119.
28. Sheik-Bahae M., Hagan D.J., Van-Stryland E.W. Dispersion and band-Gap scaling of the electronic Kerr effect in solids associated with two-photon absorption // Phys. Rev. Lett. 1990. V. 65. № 1. P. 96–99.
Полный текст
M
This paper shows that it is possible in principle to implement low-threshold power limitation in ionic-covalent crystals with adsorbed metal-cluster-dye-molecule structures that possess sensitized anti-Stokes luminescence. The power-limitation effect for radiation with λ=660nm has been detected and investigated at a temperature of 77K for AgCl(I) nanocrystals 40-70nm in size with adsorbed dye molecules and few-atom clusters of silver, dispersed in a gelatine matrix. The effect was observed for radiation with a density of 1017-1019quant/cm2sec at a pulse width of 1ms. The Z-scanning technique was used to establish that the main limitation mechanism is self-focusing, which results from variation of the refractive index of the medium when the electron concentration on traps in the band gap of the nanocrystals varies.
