Люминесцентный отклик иона неодима на фазовые превращения в нанопорошках твёрдых растворов на основе оксида иттрия

Соломонов В.И., Осипов В.В., Спирина А.В., Макарова А.С., Шитов В.А., Максимов Р.Н.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Соломонов В.И., Осипов В.В., Спирина А.В., Макарова А.С., Шитов В.А., Максимов Р.Н. Люминесцентный отклик иона неодима на фазовые превращения в нанопорошках твёрдых растворов на основе оксида иттрия // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 2. С. 3–10. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-02-03-10

Solomonov V. I., Osipov V.V., Spirina A.V., Makarova A.S., Shitov V.A., Maksimov R.N. Luminescence response of neodymium ions to phase transformations in yttria-based solid-solution nanopowders [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2022. V. 89. № 2. P. 3–10. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-02-03-10

Ссылка на англоязычную версию:

V. I. Solomonov, V. V. Osipov, A. V. Spirina, A. S. Makarova, V. A. Shitov, and R. N. Maksimov, "Luminescence response of neodymium ions to phase transformations in yttria-based solid-solution nanopowders," Journal of Optical Technology. 89(2), 66-70 (2022). https://doi.org/10.1364/JOT.89.000066

Аннотация:

Предмет исследования. В данной работе сообщается о люминесцентных свойствах нанопорошков составов (Nd0,008Y0,992)2O3, (Nd0,008Y0,992)2O3 + 6мол.% ZrO2 и (Nd0,008Gd0,496Y0,496)2O3 + 5мол.% ZrO2 с разным содержанием моноклинной и кубической фаз. Метод. Регистрация спектров фотолюминесценции и кинетики импульсной катодолюминесценции и интерпретация полученных результатов. Основные результаты. В ходе исследования полос люминесценции, соответствующих энергетическим переходам 4F3/2 → 4I9/2 и 4F3/2 → 4I11/2 иона неодима в кристаллической решётке изучаемых нанопорошков, были выявлены отличительные признаки их спектральных и кинетических параметров, достаточные для определения вещества и его кристаллической фазы. Показано, что незначительное уширение спектральных линий проявляется в образовании сплошного основания полосы 4F3/2 → 4I11/2, причём уровень интенсивности, ниже которого полоса остаётся сплошной, увеличивается с ростом разупорядоченности структуры Y2O3 ионами циркония и гадолиния. Практическая значимость. Одновременное исследование отличительных признаков спектров фотолюминесценции и кинетики люминесценции ионов неодима в изучаемых нанопорошках в полосах 4F3/2 → 4I9/2 и 4F3/2 → 4I11/2 позволяет однозначно идентифицировать вещество и его кристаллическую фазу, что представляет практический интерес для создания керамических активных элементов лазеров с широкой полосой усиления.

Ключевые слова:

нанопорошок, фотолюминесценция, кинетика импульсной катодолюминесценции, разупорядоченная структура, ширина спектральной линии и полосы

Благодарность:

Исследование выполнено при частичной финансовой поддержке РФФИ и Свердловской области в рамках научного проекта № 20-48-660039, а также при частичной финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-08-00018-а.

Коды OCIS: 300.6280, 160.3380, 160.4236

Список источников:

1. Осипов В.В., Соломонов В.И., Шитов В.А., Максимов Р.Н., Лукьяшин К.Е., Орлов А.Н. Керамика с разупорядоченной кристаллической структурой для активных элементов лазеров // Оптика атмосферы и океана. 2012. Т. 25. № 3. С. 207–209.
2. Багаев С.Н., Осипов В.В., Пестряков Е.В., Соломонов В.И., Шитов В.А., Максимов Р.Н., Орлов А.Н., Петров В.В. Лазерная керамика с разупорядоченной кристаллической структурой // Прикладная механика и теоретическая физика. 2015. Т. 56. № 1. С. 180–189.
3. Sato Y., Taira T., Ikesue A. Spectral parameters of Nd3+-ion in the polycrystalline solid solution composed of Y3Al5O12 and Y3Sc2Al3O12 // Jpn. J. Appl. Phys. 2003. V. 42. Pt. 1. P. 5071–5074.
4. Ma J., Wang J., Shen D., Ikesue A., Tang D. Generation of sub-100-fs pulses from a diode-pumped Yb: Y3ScAl4O12 ceramic laser // Chin. Opt. Lett. 2017. V. 15. № 12. 121403. P. 1–4.
5. Tokurakawa M., Takaichi K., Shirakawa A., Ueda K., Yagi H., Yanagitani T., Kaminskii A. Diode-pumped 188 fs mode-locked Yb3+:Y2O3 ceramic laser // Appl. Phys. Lett. 2007. V. 90. P. 071101–071103.
6. Tokurakawa M., Shirakawa A., Ueda K., Yagi H., Yanagitani T., Kaminskii A. Diode-pumped 65 fs Kerrlens mode-locked Yb3+:Lu2O3 and nondoped Y2O3 combined ceramic laser // Optics Letters. 2008. V. 33. № 12. P. 1380–1382.
7. Осипов В.В., Соломонов В.И., Шитов В.А., Лисенков В.В., Спирина А.В., Лукьяшин Е.Е. Фазовый переход в оксиде иттрия // Огнеупоры и техническая керамика. 2010. № 1–2. С. 56–61.
8. Osipov V.V., Solomonov V.I., Spirina A.V. Luminescence study of neodymium-doped yttrium aluminates // J. Opt. Technol. 2011. V. 78. P. 408–412.
9. Осипов В.В., Соломонов В.И., Спирина А.В., Торопова П.В., Шитов В.А., Чукин А.В., Чолах С.О. Определение фазового состава нанопорошков оксида иттрия люминесцентным методом // Известия РАН. Серия физическая. 2017. Т. 81. № 9. С. 1227–1231.
10. Toropova P.V., Spirina A.V., Solomonov V.I., Shitov V.A., Chukin A.V., Cholakh S.O. Luminescent response to the phase composition of Nd3+:Y2O3-Al2O3 // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2017. V. 168. 012055. P. 1–6.
11. Соломонов В.И., Спирина А.В., Макарова А.С. Разгорание и затухание импульсной катодолюминесценции в монокристаллах и керамиках Nd:ИАГ // Оптика и спектроскопия. 2021. Т. 129. № 7. С. 857–861.
12. Соломонов В.И., Спирина А.В., Макарова А.С. Специфика кинетики импульсной катодолюминесценции иона неодима в иттрий-алюминиевом гранате и оксиде иттрия // ФТТ. 2021. Т. 63. № 11. С. 1812–1816.
13. Каминский А.А. Лазерные материалы. М.: Наука, 1975. 256 с.
14. Осипов В.В., Соломонов В.И., Спирина А.В., Шитов В.А., Торопова П.В., Орлов А.Н. Энергетическая структура иона неодима в моноклинном оксиде иттрия // Оптика и спектроскопия. 2015. Т. 118. № 5. С. 756–759.