Научный руководитель: Рябочкина Полина Анатольевна, к.ф.-м.н.
Соавторы: Ушаков Сергей Николаевич

Кристаллы со структурой граната находят широкое применение в качестве активных сред для твердотельных лазеров. Это обусловлено такими их физическими свойствами, как изотропия свойств, оптическая неоднородность, большая изоморфная емкость по TR³⁺ ионам.

Большое практическое значение имеют лазеры на основе кристаллов со структурой граната активированного ионами Nd³⁺. Наличие промежуточных уровней между основным и возбужденным состояниями ионов Nd³⁺ приводит к процессу кросс-релаксации, что значительно увеличивает вероятность безызлучательной гибели возбуждения.

В настоящей работе исследовалось взаимодействие возбужденных ионов Nd³⁺ в разупорядоченных кристаллах кальций-ниобий-галлиевого граната. Изучение процесса кросс-релаксации Nd³⁺ (⁴F_3/2—⁴I_15/2), Nd³⁺ (⁴I_9/2—⁴I_15/2) проводилось по исследованию кинетик затухания люминесценции с уровня ⁴F_3/2 для серии кристаллов КНГГ- Nd³⁺ с концентрациями Nd 0,8 ат.%, 3,5 ат.%, 4,9 ат.%, 8,13 ат.% при Т=300 К.

Резонансное возбуждение в уровень ⁴F_3/2 осуществлялось лазером на центрах окраски с длиной волны l =890 нм. Регистрация проводилась на длине волны 930 нм.

При исследовании кинетики затухания люминисценции с уровня ⁴F_3/2 в кристалле КНГГ-Nd³⁺ с малой концентрацией ионов Nd³⁺ было установлено, что она является экспоненциальной. Радиационное время жизни ионов Nd³⁺ на уровне ⁴F_3/2 равно 220 мкс.

Увеличение концентрации ионов Nd³⁺ в кристаллах КНГГ приводит к неэкспоненциальности кривых распада возбужденного состояния ⁴F_3/2.

При анализе кинетик затухания люминесценции ионов Nd³⁺ с уровня ⁴F_3/2 было установлено, что она линеаризуется в координатах Ln(I)+Wt от , что сответствует фёрстеровскому закону распада для случая диполь-дипольного механизма взаимодействия.

Из графиков зависимостей Ln(I)+Wt от для кристаллов с различными концентрациями Nd определены коэффициенты неупорядоченного распада g, по которым затем были вычислены микропараметры взаимодействия C_{DA Nd—Nd}.

Наличие многоцентровости примесных центров ионов Nd³⁺ в разупорядоченных кристаллах КНГГ [1] приводит к различным значениям микропараметров взаимодействия С_{ДА Nd—Nd} равным 4,48*10^-41 с^-1см⁶, 1,93*10^-41 с^-1см⁶, 5,42*10^-40 с^-1см⁶ для концентраций Nd³⁺ 3,5 ат.%, 4,9 ат.%, 8,13 ат.% соответственно. Для кристалла КНГГ—Nd³⁺ с концентрацией Nd 8,13 ат.% в рамках прыжкового механизма миграции рассчитан микропараметр взаимодействия С_{DD Nd—Nd}, который оказался равным 2,42*10^-40 с^-1см⁶.

1. Ю.К.Воронько, С.Б.Гессен, Н.А.Еськов и др. //Квантовая Электроника, 15, 312, 1988.