| Аннотация |
В последнее время твердотельные лазеры стали основой практической квантовой электроники. Этому способствует удобство применения, связанное с компактностью и высоким КПД, а также возможность получения фемтосекундных импульсов рекордно короткой длительности и перестройка в широком диапазоне длин волн. Последние две характеристики важны для использования лазеров в сферах науки, метрологии, а также для ряда технологических применений. Для функционирования перестраиваемого лазера или лазера сверхкоротких импульсов необходима соответствующая активная среда, способная к фотолюминесценции в широком диапазоне длин волн. Ранее мы показали, что октаэдрически-координированные примесные ионы Cu2+ имеющие электронную конфигурацию d9, демонстрируют такую широкополосную фотолюминесценцию и могут быть востребованными для создания лазеров и оптических усилителей. Несмотря на то, что ранее подобные системы были практически неизвестны (сообщалось лишь о фотолюминесценции октаэдрически координированного иона Cu2+ в кристаллах KZnF3 и K2ZnF4 при температуре ~ 4K), в ходе наших предшествующих работ была случайно обнаружена интенсивная широкополосная фотолюминесценция в диапазоне ближнего ИК при комнатной температуре примесных ионов Cu2+ в корунде (альфа-Al2O3). Эта люминесценция была всесторонне изучена, причем нами также была обнаружена ИК фотолюминесценция примесных ионов Cu2+ в перовскитах LaAlO3, GdAlO3, шпинелях MgAl2O4, ZnAl2O4, MgGa2O4, ZnGa2O4 и шпинелеподобных кубических фазах LiAl5O8 и LiGa5O8. Работы проводились в рамках гранта РНФ 23-23-00160, завершающегося в 2024 году. В конечном итоге было доказано, что ИК фотолюминесценция примесных ионов Cu2+ - это не просто единичный уникальный случай, а достаточно часто встречающийся интересный феномен, который ранее не удостоился внимания. Для восполнения этого пробела, в настоящем проекте предлагается дальнейшее всестороннее изучение фотолюминесценции примесных ионов Cu2+, поскольку она представляет большой практический и теоретический интерес. Действительно, поскольку ионы Cu2+ в октаэдрической координации имеют всего два электронных уровня энергии – основной 2Eg и возбужденный 2T2g, то принципиально невозможно оптическое поглощение из возбужденного состояния на длине волны люминесценции, что благоприятно для возникновения лазерной генерации. Проявление эффекта Яна-Теллера в основном состоянии 2Eg способствует уширению спектра фотолюминесценции. В силу этого эффекта основное состояние становится многоминимумным, что дает возможность реализовать устройства квантовой логики в таких системах. Наконец, изучение тонкой структуры спектров фотолюминесценции позволяет характеризовать вибронные взаимодействия в Ян-Теллеровских системах, что важно для их теоретического осмысления. Планируется, в основном, сосредоточиться на легированных Cu2+ шпинелеподобных кубических фазах LiAl5O8 и LiGa5O8, в которых наблюдается наиболее сильная фотолюминесценция (оценка квантового выхода в 20-25 процентов). Также, для сравнения будут изучены и другие упомянутые выше шпинельные фазы. Будут получены поликристаллические и монокристаллические образцы, зарегистрированы их спектры фотолюминесценции и возбуждения фотолюминесценции при температурах от комнатной до 5К, исследована кинетика затухания фотолюминесценции, построена модель излучающего центра. Все полученные результаты будут абсолютно новыми, так как оптически-активные излучающие среды, содержащие примесные ионы Cu2+ ранее не изучались. Результаты будут также актуальны, поскольку разрабатываемые материалы обладают большим потенциалом для применений в области фотоники, квантовых вычислений, метрологии.
|
