Особенности влияния кристаллического поля матрицы на энергетический спектр ионов TM2+(Cr,Fe)

На рис.20 приведена зависимость максимума полосы поглощения ионов Cr²⁺ в зависимости от концентрации теллура.

 
Рис.20 Зависимость максимума полосы поглощения ионов Cr²⁺ в зависимости от концентрации теллура.

Как видно  из рис.20, при увеличении x наблюдается сдвиг пика поглощения в коротковолновую сторону. Также, как показано на рис. 13, при увеличении концентрации теллура параметры кристаллической решетки увеличиваются.

Это приводит к увеличению расстояний от лигандив к активному иону в тригональный пирамиде окружения активатора, и, соответственно зависимости (1.1), должен приводить к  уменьшению энергетического расстояния между уровнями ⁵E-⁵T₂. Такие результаты можно объяснить с помощью энергетической диаграммы. Легирование теллуром приводит к уменьшению энергетической разницы E₀ и E_emis^max, которая характеризует положение максимума полосы люминесценции. При этом происходит сдвиг кривой уровня ⁵E в сторону увеличения Q, которое приводит к увеличению величины E_abs^max, которая определяет максимум полосы поглощения ионов хрома. Такие изменения в энергетическом спектре активных ионов должны привести к расширению полосы люминесценции в твердых растворах CdSeTe:Cr²⁺.Негативной стороной таких изменений является энергетическое снижение места пересечения кривых ⁵E и ⁵T₂, что определяет вероятность безизлучательного перехода возбужденного иона в основное состояние, при котором вся энергия возбуждения превращается в фононы

Так же установлено, что в кристалле твёрдого раствора CdSeTe:Cr²⁺ примесь хрома влияет на кристаллическую структуру и при увеличении концентрации теллура наблюдается увеличения параметров кристаллической решетки, то есть объём тригональной пирамиды окружения активного иона увеличиваться. В соответствии с существующими литературными данными такие изменения должны приводить к уменьшению энергетического расстояния между уровнями ⁵T₂ и ⁵E ионов Cr²⁺.

Анализ результатов  рентгеноструктурных и оптических исследований позволяет сделать вывод об увеличении сдвига равновесного положения активного иона хрома в возбужденном состоянии в тригональной пирамиде окружения в соответствии с кристалломCdSe:Cr²⁺, что есть одним из условий расширения полосы люминесценции активных ионов Cr²⁺ и позволяет достичь большей ширины полосы перестройки лазерной генерации в исследованном материале в сравнении с известным CdSe:Cr²⁺.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выводы

• Установлено, что примесь хрома влияет на кристаллическую структуру твердых растворовA^IIB^VI, а именно меняет параметр с кристаллической решетки в сравнении с литературными данными для нелегированных растворов.
• Увеличение концентрации примеси приводит к сдвигу максимума полосы поглощения в коротковолновую сторону. Сравнения результатов рентгеноструктурних и оптических исследований позволяет сделать вывод об увеличении сдвига равновесного положения активного иона хрома в возбужденном состоянии в тригональний пирамиде окружения в сравнении с кристаллом CdSe:Cr²⁺, что является одним из условий расширения полосы люминесценции активных ионов Cr²⁺ и позволит достичь большей ширины полосы перестройки лазерной генерации в исследованном материале в сравнении с известнымCdSe:Cr²⁺.
• Установлена корреляция для бинарных и тройных соединений группы A^IIB^VI между параметрами решётки и положением максимумов длинны поглощения и люминесценции.
• Определена зависимость максимумов полосы поглощения и люминесценции хрома от химического состава гексагональных и кубических тройных соединения группы A^IIB^VI

 

 

 

Литература:

1. Горелик С. С., Дашевский М. Я., Материаловедение полупроводников и металловедение, М., 1973;
2. Мильвидский М. Г., Пелевин О. В.,Сахаров Б.А.,

Физикохимическиеосновы получения разлагающихся полупроводниковых соединений, М., 1974; Легирование полупроводников методом ядерных реакций, Новосиб., 1981.

3. В.И. Левченко, В.Н. Якимович, Л.И. Постнова, В.И. Константинов, Н.В. Кулешов1), В.Г. Щербицкий1), В.Э. Кисель1) НОВЫЕ ЛАЗЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ЛЕГИРОВАННЫХ ПЕРЕХОДНЫМИ МЕТАЛЛАМИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ A2B6
4. А.V. Podlipensky, V.G. Shcherbitsky, N.V. Kuleshov, V.I. Levchenko, V.N. Yakimovich, A. Diening, M. Mond, S. Kück, G. Huber. OSA Trends in Optics and Photonics Series 34, 201 (2000)
5. Загоруйко Ю.А., Коваленко Н.О., Федоренко О.О. Оптичнийматеріал на основімонокристалічного твердого розчину Zn1-хMgхSe /Патент 46429 А Україна, МКІ С30В11/00, С30И11/08; НДВ ОКК НТК “Інститутмонокристалів” 2001074982; Заявлено 16.07.01; Опубл.15.05.02; Бюл.№5.-3с.
6. Sorokina I. T., Sorokin E., Di Lieto A., Tonelli M., Mavrin B. N., Vinogradov E. A., OSA Trends in Optics and Photonics, 98, Advanced Solid-State Photonics, (Optical Society of America, Washington DC, 2005), pp.263-268.
7. E. Sorokin, I. T. Sorokina, M. S. Mirov, V. V. Fedorov, I. S. Moskalev, and S. B. Mirov, “Ultrabroad Continuous-Wave Tuning of Ceramic Cr:ZnSe and Cr:ZnS Lasers,” in Advanced Solid-State Photonics 2010,Technical Digest (CD) (Optical Society of America, 2010), paper AMC2.
8. M. Mond, D. Albrecht, E. Heumann, G. Huber, and S. Kück 1.9-mm and 2.0-mm laser diode pumping of Cr2+:ZnSe and Cr2+:CdMnTe.
9. Irina T. Sorokina, EvgeniSorokin,SergeyMirov ,Vladimir FedorovUniversityof California, Lawrence Livermore National Laboratory L-482, Livermore, California 94550,Received February 22, 2002 Broadly tunable compact continuous-wave Cr2+:ZnS laser.
10. Ching-Hua Su and Sandor. L. Lehoczky “Growth of CdZnTe Crystals by Bridgman Technique with Controlled Overpressures of Cd”,Crystal Growth andCharacterization Vol. 29 (1994), p. 275
11. TigranSanamyan, SudhirTrivedi, and Mark Dubinskii,“Fluorescence Properties of Fe2+- and Co2+-doped Hosts of CdMnTe Compositions as Potential Mid-Infrared Laser Materials”,ARMY RESEARCH LAB ADELPHI MD SENSORS AND ELECTRON DEVICES DIRECTORATE,(2011),p22
12. R. H. Page, K. I. Schaffers, L. D. Deloach, G. D. Wilke, F. D. Patel, J. B. Tassano, Jr., S. A. Payne, W. F. Krupke, K. T. Chen, and A. Burger, “Cr2+-doped zinc chalcogenides as efficient, widely tunable mid-infrared lasers,” IEEE J. Quantum Electron. 33(4), 609–619 (1997).
13. Sorokina, E. Sorokin, S. Mirov, V. Fedorov, V. Badikov, V. Panyutin, A. Di Lieto, and M. Tonelli, “Continuous-wave tunable Cr2+:ZnS laser,” Appl. Phys. B 74(6), 607–611 (2002).
14. T. Sorokina, E. Sorokin, S. Mirov, V. Fedorov, V. Badikov, V. Panyutin, and K. I. Schaffers, “Broadly tunable compact continuous-wave Cr2+: ZnS laser,” Opt. Lett. 27(12), 1040–1042 (2002).
15. S. B. Mirov, V. V. Fedorov, K. Graham, I. S. Moskalev, I. T. Sorokina, E. Sorokin, V. Gapontsev, D. Gapontsev, V. V. Badikov, and V. Panyutin, “Diode and fibre pumped Cr2+: ZnS mid-infrared external cavity and microchip lasers,” IEE Proc., Optoelectron. 150(4), 340–345 (2003).
16. I. S. Moskalev, V. V. Fedorov, and S. B. Mirov, “10-Watt, pure continuous-wave, polycrystalline Cr2+:ZnS laser,” Opt. Express 17(4), 2048–2056 (2009).
17. E. Sorokin, I. T. Sorokina, M. S. Mirov, V. V. Fedorov, I. S. Moskalev, and S. B. Mirov, “Ultrabroad Continuous-Wave Tuning of Ceramic Cr:ZnSe and Cr:ZnS Lasers,” in Advanced Solid-State Photonics 2010,Technical Digest (CD) (Optical Society of America, 2010), paper AMC2.
18. I. T. Sorokina, “Crystalline Mid-Infrared Lasers,” in Solid-State Mid-Infrared Laser Sources, I. T. Sorokina and K. Vodopyanov, eds. (Springer, 2003), pp. 262–358.
19. I. T. Sorokina, E. Sorokin, and T. Carrig, “Femtosecond Pulse Generation from a SESAM Mode-Locked Cr:ZnSe Laser,” in Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO), Technical Digest (CD) (Optical Society of America, 2006), paper CMQ2.
20. E. Sorokin and I. T. Sorokina, “Ultrashort-pulsed Kerr-lens modelockedCr:ZnSe laser,” in CLEO/Europe and EQEC 2009 Conference Digest, (Optical Society of America, 2009), paper CF1_3.
21. M. N. Cizmeciyan, H. Cankaya, A. Kurt, and A. Sennaroglu, “Kerr-lens mode-locked femtosecond Cr2+:ZnSe laser at 2420 nm,” Opt. Lett. 34(20), 3056–3058 (2009).
22. E. Slobodtchikov and P. Moulton, “Progress in Ultrafast Cr:ZnSe Lasers,” in Advanced Solid-State Photonics,OSA Technical Digest (CD) (Optical Society of America, 2012), paper AW5A.4.
23. E. Sorokin, I. T. Sorokina, J. Mandon, G. Guelachvili, and N. Picque, “Sensitive multiplex spectroscopy in the molecular fingerprint 2.4 µm region with a Cr2+:ZnSe femtosecond laser,” Opt. Express 15(25), 16540–16545 (2007).
24. I. T. Sorokina. Cr²⁺-doped II–VI materials for lasers and nonlinear optics. Optical Materials 26(4), 395–412 (2004).
25. M. Mond, D. Albrecht, E. Heumann, G. Huber, S. Kück, V. I. Levchenko, V. G. Shcherbitsky, V. E. Kisel, M. Rattunde, J. Schmitz, R. Kiefer, and J. Wagner, N. V. Kuleshov, V. N. Yakimovich.  1.9-mm and 2.0-mm laser diode pumping ofCr²⁺:ZnSe and Cr²⁺:CdMnTe. OPTICS LETTERS / Vol. 27, No. 12 / June 15, 2002
26. V. I. Kozlovsky, V. A. Akimov, M. P. Frolov, Yu. V. Korostelin, A. I. Landman, V. P. Martovitsky, V. V. Mislavskii, Yu. P. Podmar’kov, Ya. K. Skasyrsky, A. A. Voronov. Room-temperature tunable mid-infrared lasers on transition-metal doped II–VI compound crystals grown from vapor phase. Phys. Status Solidi B 247, No. 6, 1553–1556 (2010)
27. Берченко Н.Н. и др. Полупроводниковые твердые растворы и их применение: Справочные таблицы/Н.Н. Берченко, В.Е. Кревс, В.Г. Средин; Под. Ред. В.Г. Средина.-М.: Воениздат, 1982.-208 с.
28. Берченко Н.Н. и др. Полупроводниковые твердые растворы и их применение: Справочные таблицы/Н.Н. Берченко, В.Е. Кревс, В.Г. Средин; Под. Ред. В.Г. Средина.-М.: Воениздат, 1982.-208 с.
29. Н.И. Витриховский, И.Б. Мизецкая, Г.С. Олийнык. Свойства сплавов системы CdSe-CdTe. Неорганические материалы, том.7, №5, 1971, с.757-760.
30. О.А. Федоренко, Ю.А. Загоруйко, Н.О. Коваленко. Механические свойства монокристаллов ZnSe : Cr²⁺. Физика твердого тела, 2012, том 54, вып. 11, с. 2118-2120
31. L.D. De Loach, R.H. Page et al. IEEE J. Quant. Electron., 32, 885 (1996).
32. G.J. Wagner, T.J. Carrig, R.H. Page, K.I. Schaffers, J.O. Ndap, X. Ma, A. Burger. Optics Lett., 24, 19 (1999).
33. Н.Н.Берченков,В.Е.Кревс,В.Г.Средин.Полупроводниковые твёрдые растворы и их применение. -Воениздан.1982.-208с.ил.