Введение к работе
Актуальность темы. Одним из наиболее широко распростра-шых явлений в природе является перенос энергии от возбуж-1ных атомов или или молекул к невозбужденным. Многие важные юномерноети деградации возбуждения в твердых телах, жид-лях, газах могут быть поняты с позиций переноса энергии, сность теоретического и экспериментального изучения про-:сов переноса энергии возбуждения стимулирует большое коли-:тво работ, посвященных этому вопросу. Однако, несмотря на гьшое количество исследований по физике переноса энергии, ?ается большое количество нерешенных вопросов. Одним из та-: вопросов, вызывающих постоянный интерес, является изучение >ызлучательного переноса энергии электронного возбуждения в (рдотельных матрицах, содержащих примесные и собственные оп-[еские центры (Щ): ионы редкоземельных, переходных метал-I, вакансии и т.п. Практический интерес к таким матрицам словлен их широким применением в лазерной физике, светотех-,е, оптоэлектронике и других областях техники. Общей тенден-й развития этих областей является уменьшение размеров уст-ств и увеличение отдаваемой мощности, т.е. повышение энер-ъема с единицы объема активных сред, что требует повышения центрации примесных центров и уровней их возбуждения. Одна-при высокой концентрации центров и высоких уровнях накачки цессы деградации возбуждения становятся весьма сложными и еко не всегда описываются современными теориями переноса ргии. В связи с этим весьма актуальным становится вопрос
изучения процессов деградации электронного возбуждения в кс денсированных средах при высоких уровнях накачки.
Целью диссертационной работы является теоретическое иг чение процессов переноса энергии электронного возбуждения учетом тех процессов, которые развиваются при высоких урові возбуждения, таких, как выбывание акцепторов, кросс-релаксаі онные процессы, суммирование возбуждений (взаимодействие ме: возбужденными состояниями), когерентные взаимодействия ЦЄЇ ров, и исследование их влияния на спектроскопические и генер ционные свойства активных сред.
Научная новизна работы состоит в следующих основных результатах:
предложен метод описания процессов безызлучательно переноса энергии электронного возбуждения с помощью управлз щего уравнения для вероятности обнаружить в заданный моме времени определенное число возбужденных доноров и акцепторов образце. Получена цепочка зацепляющихся кинетических уравнен для населенностеи донорнои и акцепторной систем примесн центров;
полученное количественное описание динамики тушения j минесценции доноров и разгорания акцепторов с учетом их выб вания позволило найти явный вид кинетик и функций потерь в н которых частных случаях и вывести кинетические уравнения і населенностеи и корреляционных функций в общем случае;
описание динамики тушения люминесценции в системе одн типных примесных центров с помощью предложенного метода позв лило найти кинетики деградации возбуждений при кросс-релакс
энном взаимодействии и взаимодействии возбужденных состояний шесных центров, а также установить зависимость квантового сода люминесценции от уровня возбуждения;
найдена кинетика затухания затухания донорной люми-щенции в случае конечной скорости релаксации возбуждений в :теме энергетических уровней доноров, показано, что в пре-іьном случае слабого донор-акцепторного взаимодействия закон іаксации является ферстеровеким с Сря . зависящим от шературы, а в общем случае - неферстеровским; показано, что гокая скорость обмена возбуждения в системе донорных уровней іводит к появлению "клюва" на начальном участке кинетики до-жой дезактивации;
предложен метод анализа процессов безызлучательного пе-юса энергии при стационарной накачке с учетом эффекта выбы-[ия акцепторов. С помощью этого метода проанализированы ре-ш работы некоторых типичных катодо- и фотолюминофоров. Вве-[0 понятие критического потока возбуждения. Оценена величина юков накачки в компактных люминесцентных лампах и установка, что она близка к критической;
при помощи исследования устойчивости динамических :тем проанализирована динамика лазерной генерации YAG-неоди-юго лазера с пассивным затвором на основе LiF:F~. Найдены іможньїе режимы работы такого лазера при стационарной накач-
показано, что возможен как непрерывный, так и импульсный :о- и двухволновой режим лазерной генерации. Определены об-ти области отдельных режимов на плоскости (С, F0).
Практическая значимость результатов, полученных в диссер-
- 4 -тационной работе, заключается в их использовании для поис новых твердотельных матриц, содержащих активные оптичес* центры и пригодных для создания устройств лазерной физик светотехники, и т.д., с улучшенными характеристиками, а таї для оптимизации режимов работы уже известных твердотелы матриц. Результаты работы могут быть также использованы j реализации нетрадиционных режимов лазерной генерации имеющих в настоящее время лазеров.
На защиту выносятся следующие основные положения и р зультаты исследований:
-
Метод описания процессов безызлучательного перено энергии электронного возбуждения с помощью управляющего ура нения и цепочки зацепляющихся уравнений для средних населен ностей.
-
Количественное описание динамики тушения люминесцені доноров и разгорания акцепторов с учетом их выбывания в общ случае, функции потерь и явный вид кинетик для некоторых пр дельных ситуаций.
-
Количественное описание динамики тушения донорной j минесценции в системе однотипных центров, установление харг тера зависимости квантового выхода люминесценции от уровня н чального возбуждения Щ.
-
Количественное описание динамики тушения донорной J. минесценции при учете конечной скорости релаксации возбужден в системе энергетических уровней донора, установление н ферстеровского характера затухания донорных возбуждений в о щем случае.
5. Найденная теоретически и сопоставленная с эксперимен-
1ьными результатами по фото- и катодовозбуждении YAG:Tb ,
З-t- Ъ-*г
^gAl(.Ota:Ce , Tb зависимость интенсивности люминесцен-
ї примесных центров от уровня возбуждения при стационарной сачке.
6. Результаты теоретического исследования динамики лазер-
i генерации YAG:Nd - лазера с пассивным затвором на основе
7:F~ с целью обнаружения стационарных и автоколебательных
кимов работы и сопоставление с данными эксперимента.
Личный вклад соискателя. Автором диссертации получены все ювные результаты, изложенные в основных положениях, выноси-с на защиту, сформулирована цель и задача исследования, гтематизированы и проанализированы результаты. Вклад соавто-5 отражен в примечании к диссертации.
Апробация работы. Результаты диссертации докладывались на Всесоюзном симпозиуме по спектроскопии кристаллов, активи-іанннх ионами редкоземельных и переходных металлов (Красно-), 1979), V, VI, VII Всесоюзных семинарах-совещаниях по іктроскопии лазерных кристаллов и стекол (Краснодар, 1985, І7, 1989 гг.), на Физических чтениях в Северо-Кавказском нагом центре Высшей Школы (Нальчик, 1988), VI Всесоюзном сове-[ии "Физика, химия и технология люминофоров" (Ставрополь, !9), Координационном совещании "Лазерные люминофоры" ЛЛ-89 іенигород, 1989), XIX Всесоюзном съезде по спектроскопии їмск, 1983), Московском семинаре по физике и спектроскопии ;ерных кристаллов (Москва, 1988).
Публикации. По результатам диссертации опубликовано 8 ра-
бот, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация содержит ві дение, четыре главы, заключение и список использованной лиа ратуры (67 наименований). Диссертация изложена на 121 странг машинописного текста, включая 18 рисунков и 2 таблицы.
