CC BY
4ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕКТРОВ СЦИНТИЛЛЯЦИИ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В МАТРИЦАХ ИЗ ГАЛОГЕНИДОВ МЕТАЛЛОВ В СРЕДНЕМ ИНФРАКРАСНОМ
ДИАПАЗОНЕ
Кучеренко Ф.М., Воробьева Д.А., Щукина А.А., Барыкина С.Е., Жукова Л.В. ,
Корсаков°А.С.
Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, г. Екатеринбург * E-mail: [email protected] DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-164-165
Для многих областей науки и техники необходимы высокомощные и высокопроизводительные лазеры, работающие в среднем инфракрасном диапазоне. В настоящее время одними из самых высокоэффективных лазеров с КПД более 55% являются волоконные [1]. За счет возможности применения эффективного охлаждения достигается высокая мощность. Однако активная среда волоконных лазеров в настоящее время преимущественно предназначена для работы в ближнем инфракрасном диапазоне спектра.
Создание волоконных лазеров для среднего и дальнего инфракрасного диапазонов сопряжено с необходимостью получения новых матриц. Использование световодов из кварца зачастую
невозможно ввиду отсутствия пропускания свыше 2,7 мкм [2]. Применение в качестве волоконных матриц твердых растворов галогенидов металлов, в особенности галогенидов серебра, диапазон их пропускания до 45 мкм [3], позволяет проводить излучение в среднем и дальнем инфракрасном диапазоне. Особенный интерес представляет легирование данных матриц галогенидами празеодима и неодима, сцинтиллирующие на 4-5,5 мкм и 4,6-5,6 мкм соответственно [4].
Для проведения исследования получения сцинтилляции были
использованы галогениды серебра и калия в качестве матриц, легированные ионами лантаноидов. А именно PrCl3, Pr2(CO3)3, EU2O3, H02O3, Tb2(SO4)3, Tm2O3, EU2O3. Образцы для исследований были созданы двумя путями: холодным прессованием, этот метод был использован преимущественно для образцов с бромидом калия в качестве матрицы, вторым методом, применяемым для получения образцов с матрицами твердых растворов галогенидов серебра (AgClxBri_ x), легированных редкоземельными металлами, является метод термозонной кристаллизации, с последующим горячим прессованием шихты [3]. Образцы представляют собой тонкие
плоскопараллельные пластины толщиной
500 мкм.
Были измерены спектры пропускания образцов из твердых растворов галогенидов серебра, с содержанием редкоземельных элементов до 1 мольного %. Измерение пропускания показало
Рис. 1. Охлаждаемая жидким азотом кювета с исследуемым образцом; 2 - зеркала; 3 - светоделитель; 4 - блок интерферометра Майкельсона; 5 - HeNe лазер;
6 - оптические окна; 7 - кюветное отделение; 8 - приёмник ИК излучения; 9 - собирающая линза ZnSe; 10 - инфракрасный световод; 11 - лазер
предельно малое влияние легирующих примесей, пропускание образцов находится в диапазоне от 6575% для длин вол от 2 до 40 мкм.
Установка, используемая для измерения сцинтилляции, состояла из лазеров, служащих источниками возбуждающего излучения, ИК-Фурье спектрометра, регистрирующего сцинтилляцию, световодов из твердых растворов галогенидов серебра, передающих излучение от кюветы с образцом к спектрометру.
В ходе работы были использованы два лазера: лазер со спектральным диапазоном работы 940-980°нм, мощность в непрерывном режиме 3 Вт; твердотельный лазер, ион Tm3+(Host:Gd3Sc2Ga3Oi2), длинна волны 1480±5 нм, мощность в непрерывном режиме 3 Вт. Согласно данным полученным с помощью ножа Фуко: радиус несфокусированного пучка - 200 мкм, угол расхождения - 8,70, плотность энергии - 2,3 КВт/см2; после прохождения пучком комплекса из двух ZnSe линз: радиус фокусной перетяжки лазерного луча 100 мкм., плотность энергии - 5,3 КВт/см2. ИК-Фурье спектрометр Shimadzu IR-Prestige-21 работал в режиме измерения фона в диапазоне 7900-330 см-1 с максимально возможным спектральным разрешением 0,5 см-1. Из него была удалена лампа-глобар, вместо неё был подведён галогенид-серебряный световод с диаметром сечения 1,12 мм, длиной 0,5 м, прозрачный в диапазоне 2-20 мкм [3] с оптическими потерями 0,15 дБ/м в спектральном диапазоне от 8 до 12 мкм. В световод вводилось сцинтилляционное излучение от исследуемого образца. Применялась специально сконструированная кювета с возможность охлаждения жидким азотом. Оптические окна кюветы выполнены их твердых раствором галогенидов серебра прозрачных в диапазоне от 0,48 до 45 мкм. Для исследования сцинтилляционных спектров образцов применялась схема с регистрацией отраженного излучения (Рис. 1).
Работоспособность установки была проверена на примере образца YAG:Er3+ (1мол.%), для получения сцинтилляции был использован лазер с длиной волны 940-960 нм, мощность в непрерывном режиме 3 Вт. Спектр излучения показал наличие пиков сцинтилляции на 1550 нм и 2750°нм.
Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, Государственный контракт № FEUZ-2023-021 (Н687.42Б.325/23).
Литература
1. Gapontsev V., et al, Japan, JP2021073680A, 16 (2014)
2. Tao G., et al. Adv. in Opt. and Photonics (2015)
3. Korsakov A.S., et al, Appl. Opt. 54, 26, 8004-8009 (2015)
4. Bunimovich D., et al, Appl. Opt. (1997)
