CC BY
3
ФИЗИКА
УДК 548.0
РАСЧЕТ ИНТЕНСИВНОСТИ АБСОРБЦИОННЫХ ПЕРЕХОДОВ ЛАЗЕРНОГО КРИСТАЛЛА LINb03:Dy3+ В ПРИБЛИЖЕНИИ ПРОМЕЖУТОЧНОГО КОНФИГУРАЦИОННОГО ВЗАИМОДЕИСТВИЯ
Е.Б. Лунина, A.A. Фомичева, A.A. Корниенко
Кристаллы I >МЬОз, активированные редкоземельными элементами обладают хорошими электоооптическими, акустооптическими и нелинейными свойствами и их изучению в последние годы уделяется большое внимание Как сообщалось в [1] использование иона Dy + в качестве активатора представляет интерес при создании лазеров с генерацией в диапазоне 3, 1.3 и 0.48 мкм. В этой же работе выполнена обработка экспериментальных данных по интенсивности поглощения и люминесценции с помощью стандартной теории Джадда-Офельта [2,3]. Теория Цжадда-Офельта справедлива в приближении слабого конфигурационного взаимодействия, когда энергия возбужденных конфигураций значительно больше энергии мультиплетов. Условие слабого конфигурационного взаимодействия для иона Dy3* не выполняется. Вероятно поэтому вычисленное в работе [1] значение времени жизни уровня 4/у.2 плохо согласуется с экспериментальным.
В связи с этим в данной работе описание экспериментальных результатов выполнено в приближении промежуточного конфигурационного взаимодействия в котором влияние возоужденных конфигураций учитывается более последовательно. Показано, что для иона Dy3' возбужденные конфигурации оказывают существенное влияние на силы осцилляторов абсорбционных переходов и учет этого влияния позволяет значительно повысить точность описания экспериментальных результатов.
Интенсивности межмультиплетных переходов обычно характеризуют безразмерной величиной - силами осцилляторов
8л- тс
fjj\ —'
3(2У + 1)Л* Я
(я- +2) J^v —— -Sy +nS, 9k
(1)
где т,е - соответственно масса и заряд электрона, с - скорость света, Л -постоянная Планка X - средняя длина волны для перехода J J' п -показатель преломления среды.
Для силы линии электрических дипольных переходов Л ' в приближении промежуточного конфигурационного взаимодействия справефпива формула [4]
ЧЙЗ-----■ (2)
-I- члены нечетных рангов, где О. - параметры интенсивности Нк - дополнительные параметры, обусловленные межконфигурационным взаимодействием £„,, Ь , - энергии мультиплетов включенных в переход £° - центр тяжести энергии конфигурации А) ', (/[¿Я - приведенный матричный элемент единичного тензора
ик, вычисленный на функциях в приближении свободного иона
108
Вестник У О ВГТУ
При = Я, = /?6 = 0 межконфигурационное взаимодействие в (2) не
учитывается что соответствует приближению слабого конфигурационного взаимодействия (приближение Джадда-Офельта).
Вычисление силы линии магнитных дипольных переходов осуществляется по классическим формулам
о МП _
л,, — •
JJ
e2hl
г
\Ьк п с
(3)
где Ь,8 - операторы соответственно орбитального и спинового моментов. Магнитные дипольные переходы разрешены между мультиплетами для которых А/ = 0,±1. Для иона Ру3+ вклад магнитного дипольного момента будет
существенным в случае абсорбционных переходов "Я
15/2
► Ипп. и
Я
15/2
>ч
15/2
Учет магнитных дипольных вкладов для этих переходов существенно улучшает описание экспериментальных результатов.
Результаты описания абсорбционных переходов представлены в таблице 1
Таблица 1 - Экспериментальные и вычисленные в приближении слабого (СКВ) и промежуточного (ПКВ; межконфигурационного взаимодействия силы осцилляторов
Переход 6 Я ->2's+iZ 1 1 .5П L,, -1, см Я /е,р,*10° /ы, хЮ6
СКВ ПКВ
3490 3,94 4,29 3,96
И\п2 5920 2,25 1,96 1,82
6f 4-Л# 7750 13 06 13,06 12,77
bF +6Я 9/2 7/2 9090 2,49 4,37 3,79
*f 7/2 10990 3,28 3,16 2,99
ьь 5/2 12410 1,56 1,43 1,43
i£ 3/2 13210 0.2У 0,27 0.28
*F 9/2 21050 0,24 0,23 0,26
V 15'2 22070 0 83 1,13 1,27
^ t1/2 23360 0.42 0 13 0,13
25640 3.96 3,51 413
*М +ЬР +6Р iwl9/2T '/2 ГЫ2 26880 3,70 2.43 3,01
V +ЬР 11/2 7/2 27930 6.71 6 15 6,47
RMS Dev. 0.78 0.57
Q2 хЮ20, см2 9,43 23,28
Пл хЮ20, см2 3 01 5.40
Qc х 1020, см2 2,39 5,23
R2=Ri= Rei 1(Гсм 0 0,039
Учет влияния возбужденных конфигураций в приближении ПКВ позволил уменьшить среднеквадратичное отклонение вычисленных сил осцилляторов от экспериментальных (RMS Dev.) на 27% по сравнению с приближением СКВ. Кроме
Вестник У О вГТУ
109
того в приближении ПКВ вычисленное время жизни мультиплета * Ьчг идеально совпадает с измеренным (см. табл. 2)
Таблица 2 - Экспериментальное и вычисленное время жизни г мультиплета и коэффициенты ветвления люминесценции р
Переход ' 9/2 J ш. % & %
СКВ ПКВ
^15/2 20 14 12
6 N П 13/2 46 58 62
НП7 17 7 7
ь И +V 9/2 1 1/2 9 15 13
7/2 9/2 8 4 3
0 2 2
bF 5/2 0 0 1
6£ 3/2 0 0 0
Г , МКС 245 306 248
Однако вычисленные коэффициенты ветвления люминесценции и в приближении СКВ и в приближении ПКВ согласуются с экспериментальными значениями лишь качественно
Повышение точности описания абсорбционных переходов в приближении ПКВ можно объяснить тем, что согласно (2) в этом приближении параметры
интенсивности зависят от энергии мультиплетов. включенных в переход.
Поэтому набор параметров для переходов, значительно отличающихся по энергии, будет разным, в то воемя как в приближении СКВ набор параметров интенсивности единый для всех переходов. С точки зрения микроскопической
модели, чем меньше значение £'), тем интенсивнее межконфигурационное взаимодействие. В наших расчетах наилучшее согласие с экспериментом достигалось при £ = 40000 см 1
Список использованных источников 1. M.MalinowsKi. P.Myziak. R Piramidowicz I.Pracka Т.Lukasiewicz, В.Surma. S.Kaczmarek, K.Kopczynski, Z.Mierczyk. Acta Phys. Polomca A. Spectroscopic ana laser properties of LiNb03.Dy3+ crystals// 1996 V. 90. N1, P. 181-189, 2 Judd B.R. Optical Absorption Intensities of Rare-Earth ions // Phys.Rev. 1962.
V.127, N3. P 750-761. 3. Ofelt G.S. Intensities or crystal spectra of rare-earth ions II J.Chem.Phys 1962. V.37, N3. P. 511-520
4 A.A Kornienko A.A. Kaminskii. E.B. Dunina. Dependence of the Line Strength of f-f Transitions on the Manifold Energy. II.Analysis of pr3+ in KPrP4012 // Phys. Stat. Sol.(b). 1990. V 157, N1. P.267-! '3.
SUMMARY
The results of calculation of oscillators strengths tor absorption transitions, a raaiative lifetime of multiplets and coefficients for branching ratio for ion Dy3+ in the approximation of intermediate-force configuration interaction are given and analysed.
; no
вестник У О ВГТУ
