авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Дифференциация элементарных излучателей по типу и ориентации пространственно-модуляционным методом в кристаллах кубической симметрии

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Бронникова Наталья Александровна

ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ ПО ТИПУ И ОРИЕНТАЦИИ ПРОСТРАНСТВЕННО-МОДУЛЯЦИОННЫМ МЕТОДОМ В КРИСТАЛЛАХ КУБИЧЕСКОЙ СИММЕТРИИ

01.04.07 – физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

Иркутск – 2007

Работа выполнена в Иркутском филиале Института лазерной физики СО РАН и в Научно-исследовательском институте прикладной физики Иркутского государственного университета

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор Е.Ф. Мартынович

Научный консультант кандидат физико-математических наук,

доцент С.А. Зилов

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор В.В. Пологрудов,

доктор физико-математических наук,

профессор А.И. Илларионов

Ведущая организация: Кемеровский государственный

университет

Защита диссертации состоится 25 мая 2007 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.074.04 при Иркутском государственном университете по адресу: 664003, г. Иркутск, бульвар Гагарина, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Иркутского государственного университета.

Автореферат разослан «___» апреля 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.074.04,

кандидат физико-математических наук,

доцент Б.В. Мангазеев

Подписано в печать 23.04.2007. Формат 60x90 1/16.

Бумага офсетная. Печать трафаретная. Тираж 100 экз. Заказ 45.

ООО «Фрактал»

г. Иркутск, ул. Коммунистическая, 65 А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы и состояние проблемы

Исследования типа и ориентации элементарных осцилляторов, описывающих квантовые переходы в центрах люминесценции, представляют большой интерес как для науки, так и для ряда практических приложений. Информация о характеристиках элементарных излучателей как объектов, ответственных за моделирование тех или иных центров, имеет важное значение при изучении явлений, связанных с взаимодействием света с конденсированными средами. В свою очередь, изучение механизмов создания и закономерностей поведения люминесцирующих центров необходимо для решения таких практических задач как усиление и генерация в кристаллах лазерного излучения, создание пассивных лазерных затворов на примесных центрах, центрах окраски, моделирование процессов записи и обработки информации на оптических носителях и многих других.

Проблема определения типа и ориентации элементарных излучателей исследуется давно, и результаты этих исследований отражены в многочисленных научных трудах и ряде монографий. Так, методом широкоугольной интерференции [1,2] была показана возможность разграничения излучателей различной мультипольности – электрического и магнитного диполей, квадруполя, других более сложных случаев. Так же в этой области исследований применяются методы поляризационных диаграмм (изучение зависимости наблюдаемой поляризации люминесценции от направления наблюдения и положения вектора напряженности возбуждающего света) и азимутальных зависимостей (зависимостей степени поляризации люминесценции от относительного положения вектора напряженности возбуждающего света и кристаллографических направлений) [3]. Однако следует отметить, что данные методы в ряде случаев не дают однозначного ответа о типе и ориентации элементарных излучателей.



Существенно расширить класс кристаллов, исследуемых в этом направлении, позволил пьезомодуляционный метод определения ориентации и типа излучателей, основанный на исследовании взаимосвязи глубины пространственно-периодической модуляции интенсивности люминесценции и угла между направлением оптической оси кристалла и ориентацией люминесцирующих центров [4]. В работах [4-6] были проведены теоретические и экспериментальные исследования аксиального распределения интенсивности люминесценции в кубических кристаллах с наведенной анизотропией. По результатам исследований были получены выводы о том, что аксиальное распределение интенсивности люминесценции при определенных условиях возбуждения и наблюдения носит пространственно-периодический характер. Как указывается в работе [7], конкретный вид пространственных зависимостей интенсивности люминесценции определяется типом элементарного излучателя и его ориентацией. Пространственно-модуляционный метод дополнил известные методы поляризованной люминесценции и их модификации. Кроме того, он имеет ряд других преимуществ. В частности, этот метод не требует измерения поляризационных отношений, что в ряде случаев упрощает эксперимент. Также описанный метод является универсальным, что предполагает возможность его применения и для изотропных, и для анизотропных сред.

В работе [8] при исследовании пространственно-периодического распределения интенсивности люминесценции кубических кристаллов с наведенной анизотропией наблюдалась картина удвоения частоты модуляции интенсивности для - центров окраски по сравнению с распределением интенсивности люминесценции - центров в одном и том же эксперименте. Возникновение этого эффекта не представляется возможным представить как результат переходов, моделируемых элементарными электродипольными излучателями – диполями или ротаторами, так как при определенных направлениях вектора наблюдения, согласно расчетам, пространственно-периодического распределения интенсивности не должно быть, в силу того, что суммарная поглощаемая мощность для всех возможных ориентаций осцилляторов остается величиной постоянной. В связи с этим представляло интерес исследовать механизм этого эффекта, а также более детально изучить особенности строения энергетических уровней - центров окраски.

Цель работы

Таким образом, целью данной работы является изучение пространственно-периодических распределений интенсивности люминесценции кристаллических сред, возбуждаемой лазерным излучением, для выяснения возможностей дифференциации элементарных излучателей по типу и ориентации, а также определения механизма удвоения частоты модуляции пространственно-периодических зависимостей интенсивности люминесценции.

Более конкретно, в диссертационной работе решались следующие задачи:

  1. Определение оптимальных условий возбуждения и наблюдения люминесценции центров окраски, конфигурации образца и направления сжатия, при которых в максимальной степени проявляется дифференциация элементарных излучателей различных типов, ориентированных по характерным осям симметрии кристалла.

2. Исследование эффекта удвоения частоты модуляции пространственного распределения интенсивности люминесценции - центров. Определение условий, при которых данный эффект реализуется в кубических кристаллах с наведенной анизотропией.

Научная новизна работы

Предложена более совершенная модификация метода определения ориентаций и мультипольности осцилляторов центров окраски в кубических кристаллах по аксиально-периодической зависимости интенсивности их люминесценции. Показано, что по наличию или отсутствию модуляции, без измерения глубины модуляции, в двух пространственно-периодических картинах люминесценции центров однозначно определяются ориентации осцилляторов, а по положению максимумов и минимумов кривых интенсивностей - тип поглощающих и излучающих осцилляторов.

Исследован эффект удвоения частоты модуляции интенсивности люминесценции - центров в кристаллах LiF с наведенной анизотропией при лазерном возбуждении люминесценции в первое возбужденное состояние. Показано, что данный эффект возникает в результате насыщения метастабильного триплетного уровня центра окраски.

Теоретически получена зависимость глубины модуляции пространственного распределения интенсивности люминесценции от интенсивности возбуждающего света для эффекта удвоения частоты модуляции вследствие насыщения перехода. Определены условия возбуждения, наблюдения и конфигурация эксперимента, при которых наблюдается данный эффект.

Практическая значимость работы

Разработанная модификация пространственно-модуляционного метода определения типа и ориентации элементарных излучателей в кубических кристаллах может быть рекомендована к практическому применению при исследовании примесных и собственных центров люминесценции в кристаллических средах. Результаты таких исследований представляют большой интерес при разработке новых лазерных сред, насыщающихся, поглощающих оптических материалов и в других приложениях.

Защищаемые положения

1. Определение типа и ориентации элементарных осцилляторов в кубических кристаллах с наведенной анизотропией может быть произведено на основе модифицированного пьезомодуляционного метода измерения аксиально-периодических зависимостей интенсивности люминесценции путем сравнения указанных зависимостей при двух направлениях наведенной оптической оси: и . Регистрация наличия или отсутствия модуляции пространственно-периодических картин люминесценции центров в этих случаях позволяет однозначно определять ориентации осцилляторов по осям симметрии, характерным для кубической сингонии, а положение максимумов и минимумов зависимостей – тип осцилляторов.

2. Удвоение частоты модуляции пространственного распределения интенсивности люминесценции - центров в кристаллах LiF с наведенной анизотропией происходит вследствие насыщения метастабильного триплетного состояния центров.

3. Зависимость глубины пространственно-периодической модуляции интенсивности люминесценции от интенсивности возбуждающего света при реализации эффекта удвоения частоты модуляции вследствие насыщения перехода в кубических кристаллах имеет максимум в случае, когда возбуждающий свет падает по нормали к плоскости (110) при ориентации поглощающих осцилляторов вдоль и осей кристалла.

Апробация результатов

Результаты работы докладывались на следующих конференциях:

1. IX Международная школа-семинар по люминесценции и лазерной физике, Иркутск, 2004.

2. Международная конференция VUVS-2005, Иркутск, 2005.

3. Третья интеграционная междисциплинарная конференция молодых ученых СО РАН и высшей школы, Иркутск, 2005.

4. X Международная школа-семинар по люминесценции и лазерной физике, Иркутск, 2006.

Диссертант принимала участие в грантах и проектах, включающих материалы диссертационной работы, как исполнитель:

1. Грант РФФИ № 04-02-16733-а по теме «Аксиальная селективность взаимодействия света и вещества»,

2. Грант Минобразования России № Е02-3.2-501 по теме «Развитие поляризационных методов исследования кубических кристаллов, изучение ориентации и типов элементарных излучателей»,

3. Проект «Университеты России» № УР.01.01.009 по теме «Пространственная модуляция интенсивности люминесценции кристаллов как метод исследования мультипольности и ориентации элементарных излучателей».

Публикации

Результаты работы по теме диссертации опубликованы в 9 научных работах, из них 5 статей в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК, («Оптика и спектроскопия», «Известия вузов. Физика»), остальные работы в сборниках трудов и тезисов всероссийских и международных научных конференций.

Структура и объем диссертации





Диссертационная работа содержит 80 страниц, иллюстрируется 20 рисунками, включает 3 таблицы и состоит из введения, трех глав, заключения и списка цитируемой литературы из 65 наименований.

Личный вклад автора

Исследования, составляющие основу диссертационной работы, выполнены в соавторстве с коллегами из Иркутского филиала Института лазерной физики СО РАН и Научно-исследовательского института прикладной физики Иркутского государственного университета. В частности, защищаемое положение 2 доказано в ходе совместной работы диссертанта с научным консультантом С.А. Зиловым. Расчеты, составившие основу защищаемых положений 1 и 3, выполнены соискателем самостоятельно.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследований, сформулированы цели и задачи работы, основные защищаемые положения, показана научная новизна и практическая ценность полученных результатов, дана краткая аннотация работы.

В первой главе представлен литературный обзор по теме исследований.

Во второй главе с использованием пространственно-модуляционного метода решается задача определения условий возбуждения и наблюдения люминесценции, при которых в максимальной степени возможно разграничение элементарных осцилляторов по типу и ориентации. Из литературы [10] известно, что в кристаллах средней категории симметрии, при равновероятном распределении люминесцирующих центров по ориентациям, направления главных осей тензоров диэлектрической проницаемости и электрической восприимчивости совпадают. При этом поглощаемая мощность, плотность возбуждения и интегральная по направлениям интенсивность люминесценции одинаково зависят от расстояния, пройденного излучением в кристалле. Аксиальное распределение этих характеристик подчиняется закону Бугера-Ламберта-Бера ослабления возбуждающего излучения вследствие поглощения. В случае отклонения главных осей тензоров диэлектрической проницаемости и электрической восприимчивости, содержащихся в кристалле поглощающих центров, кроме обычного бугеровского затухания происходят пространственные осцилляции поглощенной в линейном режиме мощности. И как следствие, пространственное распределение интенсивности люминесценции приобретает периодический характер.

Такие пространственно-периодические модуляционные эффекты характерны для оптически анизотропных кристаллов. Кристаллы кубической симметрии, являясь оптически изотропной средой, содержат большое число анизотропных радиационных и примесных центров окраски и с этой точки зрения представляют интерес. Для применения к этим квантовым системам пространственно-модуляционного метода необходимо преобразовать изотропную среду в анизотропную, что достигается при физическом воздействии на кристалл - наложением электрического поля или одноосным сжатием. Наведение искусственной анизотропии влечет за собой деформацию кристаллической решетки, что в свою очередь приводит к отклонению главных осей тензоров диэлектрической проницаемости и электрической восприимчивости, изменению их компонент и появлению двулучепреломления.

Можно допустить, что небольшая деформация, приводящая к анизотропии кубического кристалла, не приводит к существенному изменению ориентаций осцилляторов и их распределению по ориентациям. В данных кристаллах при определенных условиях возбуждения и наблюдения люминесценции центров окраски наблюдается пространственно-периодическая картина (аксиально-периодическая зависимость) люминесценции. Глубина модуляции аксиально-периодической зависимости различна при ориентациях осцилляторов по кристаллографическим осям 6С2, 4С3, 3С4 и зависит от типа осциллятора (линейный дипольный осциллятор или ротатор). Экспериментальная апробация метода определения мультипольности и ориентаций элементарных осцилляторов, основанного на этом различии, проведена в работе [4] на - облученных кристаллах фтористого лития с - и - центрами окраски. Показано, что наблюдаемые пространственно-периодические зависимости хорошо согласуются с зависимостями, полученными расчетным путем.

В настоящей работе поставлена задача определения оптимальных условий возбуждения и наблюдения люминесценции центров окраски, конфигурации образца и направления сжатия, при которых в максимальной степени проявляется дифференциация элементарных излучателей различных типов, ориентированных по характерным осям симметрии кристалла.

Оказалось, что для определения ориентаций элементарных осцилляторов можно ввести простую процедуру измерений, а именно, можно выбрать такую конфигурацию образца, направления сжатия, возбуждения и наблюдения люминесценции, что по двум фотографиям пространственно-периодических картин люминесценции однозначно определяется ориентации элементарных осцилляторов. На рис. 1. показана схема измерений.

Волновой вектор возбуждающего света k направлен по нормали к кристаллографической плоскости (100) по оси y, сжатие кристалла производится в двух направлениях - по оси (рис.1,а) и по оси образца (рис.1,б), наведенные оптические оси с1 и с2, соответственно. На кристалл падает линейно поляризованный возбуждающий свет с вектором E, направленным под углом +45о к оси z. Вектор R показывает направление наблюдения пространственно-периодической картины люминесценции и составляет угол с оптической осью кристалла в плоскости XZ.

При данных условиях возбуждения и наблюдения, были проведены расчеты аксиально-периодических зависимостей интенсивности люминесценции элементарных излучателей для ориентаций осцилляторов по кристаллографическим осям , , и .

 а) б) Схема измерений. а) –-19

а) б)

Рис. 1. Схема измерений.

а) – нагрузка приложена вдоль оси С4 (наведена оптическая ось с1),

б) – нагрузка приложена вдоль оси С2 (наведена оптическая ось с2 ).

При расчете аксиально-периодических зависимостей для каждой ориентации дипольного момента вычислялась поглощенная центрами люминесценции мощность по формуле [5]:

,



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.