Лазерная спектральная селекция оптических тетрагональных центров иона Er^3+ на переходе 4^I_15/2→4^I_9/2 в кристаллах CaF_2:x %Er^3+ при низкой температуре Текст научной статьи по специальности «Физика»

Л ФИЗИКА НИЗКОРАЗМЕРНЫХ СИСТЕМ

^HLA -пизхоровские недели-

Лазерная спектральная селекция оптических тетрагональных центров иона Er3+ на переходе 4Iis/2^4I9/2 в кристаллах CaF2:x %Er3+ при низкой температуре

Тимофеева Е.Э.

Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Москва Е-mail: elenal6051997@mail.ru

DOI: 10.24412/cl-35673-2024-1-80-82

Целью исследования было определение типа оптических центров (о.ц.), к которым принадлежат спектральные линии возбуждения и излучения люминесценции на переходе 4I15/2 ^ %/2 в монокристаллах CaF2ix % Er3+ с разной концентрацией Er3+.

Фундаментальные исследования люминесценции перехода

4I9/2—*4I15/2 иона Er3+ важны в связи с перспективой его применения для управления штарковской блокадой в квантовом вентиле CNOT для сверхбыстрых квантовых компьютеров, основанных на примесных редкоземельных ионах в легированных кристаллах [1]. Одновременно штарковский уровень 4Ьл(1) является состоянием |0> кубита, где состоянием |1> является метастабильный штарковский уровень 4S3/2(1), а управляющим состоянием - нижнее штарковское состояние основного мультиплета 4I15/2(1).

Для тетрагонального о.ц. были измерены спектры возбуждения и испускания люминесценции (рис. 1).

Они имеют существенное неоднородное уширение, что принципиально для осуществления штарковской блокады [1].

Также были измерены кривые затухания люминесценции со штарковского уровня 4Ьл(1) для концентрационной серии кристаллов CaF2ix% Er3+ (х=0,03-0,5% Er3+) при T = 6,6 К и определено его время жизни, равное 7,4±0,1 мкс (рис. 2). Оно оказалось в 2 раза короче, измеренного в работе [3] для кристалла CaF2: 0,5% Er3+ при Т=77 К без спектральной селекции по люминесценции (т=14,0 мкс). Это время определяется скоростью многофононной релаксации.

22-24 октября 2024 г.

12366 12364 12362 12360 12358 12356 ст

781.179

/Л 781.143

781.120

791.102

761 081

_ 781.082

781.019

воа.ез^/4^ 780.950

780 922

_-_—.— 780.904

- - -"£¿51

808.7 800.в 808.9 009.0 009.1 809.2 I ЫггнгшЕсепсв иаче1епд1Ь, пт

Рис. 1. а) Селективные спектры возбуждения люминесценции тетрагонального о.ц. в кристалле 0,03% Er3+: CaF2 при Т = 6,6 К на переходе %/2(1)—4115/2(1) при разных длинах волн регистрации люминесценции. б) Селективные спектры люминесценции на переходе %/2(1)—4115/2(6) того же о.ц., измеренные при разных длинах волн возбуждения, отмеченных на рис. а.

а) ' ■ ■ б)

Рис. 2. Кривые затухания люминесценции для а) Сар2:0,03% Er3+ и Сар2: 0,3% Er3+; б) Сар2: 0,5% Er3+. Параметры измерения представлены в легенде

на рисунках.

Для верификации возбуждения именно тетрагонального о.ц. С4у производилась регистрация спектра люминесценции на переходе "^3/2(1)—15/2(1) и кинетики затухания люминесценции штарковского уровня ^3/2(1) в кристалле Сар2:0,03% Ег3+ при Т=77 К в результате его апконверсионного возбуждения на переходе 4115/2(1)—4%/2(1) с последующим поглощением второго фотона из возбужденного состояния. По литературным данным время жизни уровня ^3/2 для тетрагонального о.ц. в кристалле СаБ2: Ег3+ варьируется от 1,3 до 1,5 мс в зависимости от концентрации [2]. Полученное время жизни 1516 мкс совпадает с литературным значением (т=1524 мкс) при концентрации иона эрбия, равной 0,01 мол.%. В Таблице 1

ФИЗИКА НИЗКОРАЗМЕРНЫХ СИСТЕМ

представлены результаты измерения времен жизни, полученных в ходе анализа измеренных кривых затухания люминесценции для данной концентрационной серии кристаллов, и приведена идентификация о.ц. по литературным данным времен жизни для разных типов центров. Время жизни равное 14,5 мкс уровня 4Ь/2 иона Ег3+, по-видимому, принадлежит нететрагональному одиночному о.ц. и соответствует результату, полученному в ранней работе [3].

Таблица 1. Времена жизни для кривых затухания люминесценции уровней ^3/2 и %/2 иона Ег3+ _в кристаллах СаБ2:х %Ег3+ при различных концентрациях эрбия.

«

о я о к

к S

я £

X

<D

я

X

£

а

а

£

а

<ц

С £

Длина волны, нм

к

и н

<ц

ю

о *

О <и

И с^

и и Я

а £

о К

(3 I

а с^

Время жизни, мкс

Ü

и

е н

Примечания

s сл

а ч-ея н

мв мо ир

о ^

0,03

6,6 77

781,1

808,96 551,3

7,3

3500 1516

(псевдокуб)[2]

C

4v

0,3

6,6

781,045

809

7,5

805,14 7,3 13 955 (тригональный)[2] 0,5 6,6 780,88 808,19 7,5 14,5 960 (тригональный)[2] 838,333 7,4 17 700 (кластер)[2]

Автор выражает благодарность научному руководителю д.ф.-м.н. Орловскому Ю.В. за постановку научной задачи и обсуждение результатов, к.ф.-м.н. Попову А.В. и к.ф.-м.н. Долгову Л.Ч. за помощь в измерениях, и д.ф.-м.н. Хижнякову В.В. за теоретическую поддержку.

1. Hizhnyakov V., Boltrushko V., Kaasik H., Orlovskii Yu., Opt. Comm., 2021, 485, 126693.

2. Tallant D.R., Moore D.S., Wright J.C., J. Chem. Phys., 1977, 67, 2897.

3. Orlovskii Yu.V., Basiev T.T., Pukhov K.K., et. al., J. Lumin., 2001, 94/95, 791-795.