Эффективность термолюминесцентного отклика лазерно-структурированного поликристаллического и монокристаллического α-Al2O3

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Жук К.В., Смирнов С.В. Эффективность термолюминесцентного отклика лазерно-структурированного поликристаллического и монокристаллического α-Al2O3 // Оптический журнал. 2023. Т. 90. № 7. С. 94–100. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-07-94-100

Zhuk K.V., Smirnov S.V. Efficiency of thermoluminescent response of laserstructured polycrystalline and monocrystalline α-Al2O3 [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2023. V. 90. № 7. P. 94–100. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-07-94-100

Ссылка на англоязычную версию:

Klavdiya V. Zhuk and Serafim V. Smirnov, "Efficiency of the thermoluminescent response in laser-structured monocrystalline and polycrystalline α-Al₂O₃," Journal of Optical Technology. 90(7), 410-413 (2023). https://doi.org/10.1364/JOT.90.000410

Аннотация:

Предмет исследования. Термолюминесценция образцов сапфира и алюмооксидной керамики, наноструктурированных излучением лазера на СО2. Цель работы — исследование возможности повышения термолюминесцентного отклика путем модификации поверхности поликристаллического и монокристаллического оксидов алюминия воздействием лазерного излучения. Метод. Лазерная обработка поверхности исследуемых образцов осуществлялась с использованием установки CERTON 3020 ULTRA непрерывным излучением CO2-лазера с излучением длиной волны 10,6 мкм при разных скоростях сканирования. Ультрафиолетовое облучение образцов проводилось излучением ртутной лампы низкого давления с выделением спектральной полосы 230–240 нм. Для определения результатов лазерной обработки поверхности образцов использованы методы оптической и инфракрасной спектроскопии Фурье, фото- и термолюминесценции, рентгенофазового анализа, растровой электронной спектроскопии. Основные результаты. В процессе лазерной обработки в исследуемых образцах выявлена генерация повышенной концентрации F-центров и их производных. Установлено влияние режимов лазерной обработки на термолюминесцентный отклик. Практическая значимость. Показано, что лазерная обработка поверхности дозиметрических материалов излучением лазера на СО2 приводит к повышению термолюминесцентного отклика поликристаллического и монокристаллического оксидов алюминия, что позволит создать дозиметры с пониженным порогом детектируемой дозы. Разработанный метод может быть использован в производстве дозиметров типа ТЛД-500к.

Ключевые слова:

термолюминесцентный дозиметр, лазерная обработка, оптическая спектроскопия, фото- и термолюминесценция

Благодарность:

Работа выполнена сотрудниками научной лаборатории интегральной оптики и радиофотоники при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках соглашения №075-03-2020-237/1 от 5 марта 2020 г. (внутренний номер проекта FEWM-2020-0040), а также в рамках выполнения гранта Российского научного фонда № 21-72-00124.

Коды OCIS: 140.3390, 250.5230, 300.6360, 250.5230

Список источников:

1. Кортов В.С., Мильман И.И., Никифоров С.В. Твердотельная дозиметрия // Известия Томского политехнического университета. 2000. Т. 303. Вып. 2. С. 35–45. http://earchive.tpu.ru/handle/11683/2971
2. Климанов В.А., Крамер-Агеев Е.А., Смирнов В.В. Радиационная дозиметрия / под ред. Климанова В.А. М.: НИЯУ МИФИ, 2014. 648 с.
3. Соловьев С.В., Мильман И.И., Сюрдо А.И. Термофотоиндуцированные преобразования центров люминесценции в анион-дефектных кристаллах α-Al2O3 // Физика твердого тела. 2012. Т. 54. Вып. 4. С. 683–690.
4. Рамазанова Г.Р., Ананченко Д.В., Никифоров С.В. и др. Люминесцентные свойства монокристалла сапфира, облученного импульсным ионным пучком Fe10+ // Опт. и спектр. 2021. Т. 129. Вып. 8. С. 1010–1018. http://doi.org/10.1883/os.2021.08.51196.1887-21
5. Perevalov T.V., Shaposhnikov A.V., Gritsenko V.A. Electronic structure of bulk and defect α- and γ-Al2O3 // Microelectron. Eng. 2009. V. 86. P. 1915–1917. https://doi.org/10.1016/j.mee.2009.03.006
6. Кортов В.С., Мильман И.И., Никифоров С.В. и др. Механизм люминесценции F-центров в анион-дефектных монокристаллах оксида алюминия // Физика твердого тела. 2003. Т. 4. Вып. 7. С. 1202–1208.
7. Као К., Хуанг В. Перенос электронов в твердых телах / пер. с англ. Высоцкого З.З. под ред. Пикуса Г.Е. М.: Мир, 1984. 352 с.
8. Zhang B., Lu S.-Z., Zhang H.-J., et al. The fluorescence and thermoluminescence characteristics of α-Al2O3:C ceramics // Chin. Phys. B. 2010. V. 19. № 10. P. 1–4. http://doi.org/10.1088/1674-1056/19/7/077805
9. Trinade N.M., Magalhaes M.G., Nunes M.C.S., et al. Thermoluminiscence of UV-irradiated α-Al2O3:C,Mg // J. Lumin. 2020. V. 223. P. 1–5. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2020.117195
10. Аулкер Н.Л., Винникова Е.А. Изучение оптических характеристик аниондефектного корунда // Вестник КемГУ, Химия. 2008. № 2. С. 214–219.
11. Pokorny P., Ibarra A. Impurity effects on the thermoluminescence of Al2O3 // J. Appl. Phys. 1994. V. 75. № 2. P. 1088–1090. https://doi.org/10.1063/1.356490
12. Смирнов С.В., Жук К.В., Саврук Е.В. Катодо- и термолюминесценция лазерно-наноструктурированной α-Al2O3 керамики // Прикладная физика (изд. НПО «Орион»). 2022. № 5. С. 49–53. http://doi.org/10.51368/1996-0948-2022-5-49-53
13. Саврук Е.В., Смирнов С.В. Исследование структуры алюмооксидной керамики после электронной и лазерной обработки // Заводская лаборатория. 2011. Т. 77. № 6. С. 32–35.
14. Битюков В.К., Петров В.А. Коэффициент поглощения расплава оксида алюминия // Прикладная физика (изд. НПО «Орион»). 2007. № 4. С. 18–34.

15. Лисаченко А.А., Глебовский А.А. Деструкция Al2O3 при лазерном возбуждении в полосе поглощения V-центров // Письма в ЖТФ. 2000. Т. 26. Вып. 7. С. 87–94.
16. Кортов В.С., Никифоров С.В. Особенности люминесценции наноструктурного оксида алюминия // Наносистемы, наноматериалы, нанотехнологии. 2011. Т. 9. № 1. С. 41–48.
17. Алукер Н.Л., Артамонов А.С., Гимадова Т.И. и др. Термолюминесцентные дозиметры на основе керамики из оксида и нитрида алюминия // Приборы и техника эксперимента. 2021. № 6. С. 75–83. http://doi.org/10.31857/S0032816221050177
18. Звонарев С.В., Смирнов Н.О. Тушение люминесценции в керамиках оксида алюминия, допированных магнием // Физика твердого тела. 2019. Т. 61. Вып. 5. С. 934–938. http://doi.org/10.21883/FTT.2019.05.47596.36F