Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Comparative study of the color centers in some fluoride single crystals

Kaczmarek S. M., Bensalah A., Boulon G., Kwaśny M., Warchoł S., Drozdowski W.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2005

|

Vol. 54, nr 1

29-44

EN

γ-ray irradiation was used to carry out a comparative study of the induced optical absorption phenomena and color center creation in the ultraviolet and visible spectral regions. The optical characterization of the colored structures has been performed by optical absorption and photolumine-scence measurements for different irradiation conditions. The F-center absorption band at 315 nm and 340 nm in LiLuF₄ and LiYF₄, respectively, is the dominating induced absorption feature. The amplitude of the induced absorption is reduced by more than a factor of 3 in Yb-doped crystals compared to the undoped ones. Comparison was made with other fluorides, such as LiF, CaF₂, BaF₂, KY₃F₁₀ and BaY₂F₈. In Yb-doped CaF₂, LiLuF₄, LiYF₄, BaY₂F₈ and KY₃F₁₀ we observed arising of two possible types of Yb²⁺ centers after γ-ray irradiation. For the entire materials excluding KY₃F₁₀ we found Yb²⁺ centers related to Yb³⁺, as an effect of recharging one of Yb³⁺ pair, while for KY₃F₁₀ we found Yb²⁺ centers related to isolated Yb³⁺ ions, as an effect of Compton electron capturing by isolated Yb³⁺ ion.

PL

Naświetlanie kwantami gamma wykorzystano do przeprowadzenia analizy porównawczej zjawiska indukowanej absorpcji w obszarach UV-VIS widma absorpcji monokryształów fluorków. Zmierzono dodatkową absorpcję oraz fotoluminescencję. Dominującą cechą indukowanego przez promieniowanie gamma widma absorpcji jest centrum typu F występujące dla długości fali 315 nm i 330 nm w kryształach LiLuF₄ i LiYF₄, odpowiednio. Intensywność absorpcji tego centrum zmniejsza się, co najmniej 3-krotnie, w przypadku w/w kryształów domieszkowanych Yb. Dokonano porównania centrów barwnych obserwowanych w innych fluorkach, takich jak: LiF, CaF₂, BaF₂, KY₃F₁₀ oraz BaY₂F₈. W kryształach CaF₂, LiLuF₄, LiYF₄, KY₃F₁₀ oraz BaY₂F₈ domieszkowanych Yb³⁺, po naświetleniu ich kwantami gamma, obserwowaliśmy powstanie dwóch różnych typów centrów Yb²⁺. Dla wszystkich tych materiałów, za wyjątkiem KY₃F₁₀ obserwowaliśmy centra Yb²⁺ związane z Yb³⁺, powstałe w efekcie konwersji jednego spośród pary tych Yb³⁺ do postaci Yb²⁺. W przypadku kryształu KY₃F₁₀ obserwowaliśmy centra Yb²⁺ związane z izolowanymi jonami Yb³⁺.

2

Yb³⁺ to Yb²⁺ conversion in CaF₂ crystals under influence of annealing in hydrogen and ɣ-irradiation

Kaczmarek S. M., Tsuboi T., Ito M., Boulon G., Włodarski M., Kwaśny M., Olesińska W., Warchoł S., Podgórska D.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2003

|

Vol. 52, nr 12

27-47

EN

In the absorption spectra of both ɣ-irradiated and annealed in hydrogen CaF₂:Yb³⁺ crystals the Yb³⁺ ions with various site symmetries we observed. We think they are caused by not only the charge-compensating interstitial F⁻ ions but also substitutional O²⁻, OH⁻ and Na⁺ ions which are entered unintentionally. Beside intensity value (it is much higher for ɣ-irradiated crystal and strongly depends on the gamma dose), the UV absorption spectrum of ɣ-rayed CaF₂ :5 at Yb³⁺ crystal is quite similar to that of H₂ annealed CaF₂:5 at Yb³⁺ crystal. They reveal Yb²⁺ absorption bands observed at 360, 315, 271, 260, 227 and 214 nm, which are called A, B, C, D, F and G bands, respectively. Besides the A-G absorption bands, an additional band is observed at 234 nm in ɣ-irradiated CaF₂ : 30 at % Yb³⁺. Different structure of UV absorption and emission spectra for ɣ-irradiated crystals with respect to annealed in hydrogen crystals suggets different mechanisms of Yb²⁺ creating under ɣ-irradiation and annealing in hydrogen. The latter favors Yb²⁺ isolated centres (reduction of Yb³⁺ at Ca²⁺ lattice site), the former favors Yb²⁺ centers being neighbouring to Yb³⁺ (one of Yb³⁺ pair ions capture Compton electron). As compared to the annealed crystal ɣ-irradiation does not change the position of Yb³⁺ ion being converted to Yb²⁺ one in CaF₂ lattice. If prior ɣ-irradiation Yb³⁺ ion stayed withim a claster, after ɣ-irradiation it continue stay, but the claster is now recharged by capturing of Compton electron. In case of annealing in hydrogen the claster is probably destroyed under influence of temperature and Yb³⁺ ion being converted to Yb²⁺ one is shifted to lattice Ca²⁺ position.

PL

W widmach absorpcji zarówno naświetlonego kwantami gamma jak i wygrzanego w atmosferze wodoru kryształu CaF₂:Yb³⁺ obserwowano występowanie jonów Yb³⁺ w położeniach o różnej symetrii. Ich obecność spowodowana jest nie tylko przez obecność międzywęzłowych jonów F⁻ kompensujących nadmiarowy ładunek ale również przez obecność niekontrolowanych domieszek O²⁻, OH⁻ i Na⁻ podstawiających położenia sieciowe. Poza wartością intensywności (jest ona znacznie większa dla widm kryształu naświetlonego kwantami gamma i silnie zależy od ich dawki) widmo absorpcji kryształu CaF₂ : 5 at %Yb³⁺ naświetlonego kwantami gamma jest podobne do odpowiedniego widma kryształu wygrzanego w wodorze. Występują w nim pasma związane z absorpcją jonów Yb²⁺ z maksimami dla 360, 315, 271, 260, 227 i 214 nm zwane pasmami A, B, C, D, F oraz G, odpowiednio. Poza pamami A-G dodatkowe pasmo z maksimum dla 234 nm obserwowano dla kryształu naświetlonego kwantami gamma. Istotne różnice obserwuje się w widmach luminescencji. Widmo emisji w obszarze IR wzbudzane jest również przez pasma absorpcji z obszaru UV. W temperaturze pokojowej obserwuje się zieloną emisję charakterystyczną dla Yb²⁺ mimo, że z uwagi na efekt gaszenia luminescencji w literaturze takie obserwacje uzyskano dla temperatur poniżej 200 K. Różna struktura widm absorpcji i emisji dla kryształow naświetlonych kwantami gamma i wygrzanych w wodorze sugeruje różne mechanizmy kreowania centrów Yb²⁺. Wygrzewanie w wodorze sugeruje obecność izolowanych centrów Yb²⁺ (redukcja Yb³⁺ w położeniu sieciowym Ca²⁺) zaś naświetlanie kwantami gamma faworyzuje centra Yb²⁺ sąsiadujące z jonami Yb³⁺ (jeden z jonów pary Yb³⁺ wychwytuje elektron Comptona). W porównaniu do wygrzewania w wodorze naświetlanie kwantami gamma nie prowadzi do zmiany położenia jonu Yb³⁺, który ulega konwersji do Yb²⁺ w sieci CaF₂ . Jeśli przed naświetleniem jon Yb³⁺ pozostawał w obszarze klasteru, to po naświetlaniu dalej w nim pozostaje w postaci Yb²⁺. W przypadku wygrzewania w wodorze klaster jest niszczony, a jon Yb²⁺ lokuje się w położeniu jonu sieciowego Ca²⁺.

3

Site symmetries of rare-earth and transition metal ions in Li₂B₄O₇ glasses

Kaczmarek S., Tsuboi T., Boulon G., Majchrowski A., Kwaśny M.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2003

|

Vol. 52, nr 4

27-40

EN

Absorption and emission spectra of Eu and Dy, Yb and Ti ions in Li₂B₄O₇ glasses grown in oxygen and hydrogen gas atmospheres were measured for valency states and lattice-sites in oxygen and hydrogen gas atmospheres were measured for valency states and lattice-sites analysis. For the Li₂B₄O₇ glass doped with Eu²⁺, Eu³⁺ and Dy³⁺ ions (grown in oxidizing and reducing atmospheres), absorption and emission bands due to these ions were investigated before and after gamma irradiation. For the Yb³⁺ - doped Li₂B₄O₇ glass, a week, broad band was observed near the sharp 976,3 nm absorption band. The origin of this band is discussed in comparison with other glasses. Moreover, irradiation experiments using γ-rays were also performed in order to investigate the possibility of valency change of Yb ions. Coexistence of Yb²⁺ and Yb³⁺ ions was observed after gamma irradiation. It was found that Ti⁴⁺ ions, which are produced under oxidizing atmosphere, change to Ti³⁺ ions after gamma irradiation with a dose of 10⁵ Gy. An additional absorption band observed at about 500 nm is due to the Ti³⁺ ions accompanied by charge-compensating vacancy and does not give any emission.

PL

Zmierzono widma absorpcji i emisji jonów Eu, Dy, Yb oraz Ti w szkłach Li₂B₄O₇ otrzymanych w atmosferach tlenu i wodoru, w celu analizy symetrii położeń i stanów walencyjnych. Dla szkieł domieszkowanych Eu²⁺, Eu³⁺ i Dy³⁺ (wzrost w atmosferze utleniającej i redukującej) zmierzono widma absorpcji i emisji przed i po naświetleniu kwantami gamma. Dla szkła domieszkowanego Yb w widmie absorpcji zaobserwowano szerokie pasmo w pobliżu ostrej linii 976,3 nm. Zanalizowano pochodzenie tej linii, porównując szkło Li₂B₄O₇ z innymi szkłami. Ponadto przeprowadzono naświetlenie próbki kwantami gamma w celu zmiennej walencyjności jonów Yb³⁺. Stwierdzono, że jony Ti⁴⁺, które powstały przy wzroście w atmosferze utleniającej przechodzą w jony Ti³⁺ po naświetleniu próbek kwantami gamma dawką 10⁵ Gy. Powstałe dodatkowe pasmo absorpcji ok. 500 nm pochodzi od jonów Ti³⁺ otoczonych oktaedrycznie z kompensującym ładunek wakansem tlenowym i nie daje żadnej emisji.

4

Recharging processes of Cr ions in Mg₂SiO₄ and Y₃Al₅O₁₂ crystals under influence of annealing ang ɣ-irradiation

Kaczmarek S. M., Chen W., Boulon G., Włodarski M., Kaczmarek M., Podgórska D.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2003

|

Vol. 52, nr 12

89-100

EN

Recharging processes of chromium ions were investigated for Mg₂SiO₄:Mg, Cr single crystals using annealing in O₂ and in the air and ɣ-irradiation, as compare to YAG:Mg, Cr single crystals. The formation of tetravalent Cr ions in the Mg₂SiO₄:Mg, Cr is related not only to the initial Cr content in the melt, oxygen partial pressure and O²⁻ vacancy existing in the crystal, but also to the external field such as ɣ-irradiation. The additional absorption after ɣ-irradiation shows the decrease in intensity of the absorption of Cr³⁺ and Cr⁴⁺ ions in some part of the spectrum and the increase in the other part giving evidence on recharging effects between Cr³⁺ and Cr⁴⁺. There arises also color centers observed between 380 nm and 570 nm that may participate in the energy transfer of any excitation to Cr⁴⁺ giving rise to Cr⁴⁺ emission. Opposite to forsterite crystal, absorption spectrum of YAG:Mg, Cr crystal after ɣ-irradiation reveals only increase in the absorption of the Cr bands. The observed behavior of the absorption spectrum of YAG:Mg, Cr crystal under influence of ɣ-irradiation suggess that ɣ-irradiation ionizes only Cr ions.

PL

Badano procesy zmiany stanu ładunkowego jonów chromu monokryształów Mg₂SiO₄:Mg, Cr pod wpływem wygrzewania w tlenie oraz w powietrzu, a także w efekcie naświetlania kwantami gamma, porównując je do zmian obserwowanych w monokryształach Y₃Al₅O₁₂ :Mg, Cr. Powstawanie czterowartościowych jonów chromu w Mg₂SiO₄:Mg, Cr jest uwarunkowane nie tylko wyjściową koncentracją chromu, ciśnieniem parcjalnym tlenu oraz obecnością w tym krysztale dużej ilości wakansów tlenowych lecz również zewnętrznym polem radiacyjnym, np. kwantów gamma. Dodatkowa absorpcja po naświetlaniu kwantami gamma wykazuje spadek intensywności absorpcji jonów chromu w pewnych obszarach widma absorpcji i wzrost w innych obszarach tego widma, sugerując występowanie efektów zmiany stanów ładunkowych chromu. Przy okazji powstają centra barwne w obszarze 380-570 nm mogące uczestniczyć w procesie transferu energii do jonów chromu i dające tym samym wzrost emisji Cr⁴⁺. Przeciwnie do kryształu fosterytu, widmo absorpcji kryształu YAG:Mg, Cr po naświetleniu kwantami gamma wykazuje tylko wzrost absorpcji jonów chromu. Obserwowane zmiany widma absorpcji pod wpływem kwantów gamma sugerują, że kwanty gamma jonizują tylko jony chromu w tym krysztale.

5

Electronic hot bands in Yb³⁺ doped LiNbO₃ single crystals co-doped with rare-earth ions under influence of [gamma]-quanta

Kaczmarek S. M., Tsuboi T., Boulon G., Włodarski M., Pracka I., Podgórska D., Czuba M., Kaczmarek M., Warchoł S.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2003

|

Vol. 52, nr 12

5-25

EN

EPR, absorption and emission spectra have been studied for Yb³⁺ - doped LiNbO₃ single crystals and Yb³⁺/Nd³⁺- Yb³⁺/Er³⁺ - and Yb³⁺/Pr³⁺ - codoped LiNbO₃ crystals before and after γ-irradiation with a dose of 10⁵ - 10⁷ Gy. As a reference we also measured the absorption of pure and single LiNbO₃ crystals doped with Er³⁺, Nd³⁺, and Pr³⁺ ions. The absorption measurements were performed versus temperature in the range of 190 nm - 3100 nm from 15 K to 292 K. We observed rare-earth ions substitute for Li⁺ sites in Er³⁺ - and Yb³⁺ - co-doped crystals, while also at Nb⁵⁺ sites in the case of Pr³⁺ - and Nd³⁺ - co-doped crystals. Niobium sites give rise to absorption bands by means of absorption of OH⁻ line. Moreover, after gamma irradiation, due to a large discrepancy between ionic radii of Nd³⁺ or Pr³⁺ dopant and Li⁺ or Nb⁵⁺ sites, intense additional absorption bands in UV-VIS were observed due to the effect of oxygen vacancy recharging (F-centres) and Nb⁴⁺ polaron arising. Hot absorption bands due to the electronic transition from thermally populated levels were observed at the low energy side of the 980 nm sharp Yb³⁺ line. Temperature dependence observed for the hot bands is explained by an energy level calculatipon. It is understood by electronic transition from the thermally populated ²F⁷/². Stark levels to the excited ²F⁵/² level. The position of the Yb³⁺ ²F⁷/² ²F⁵/² first resonant line was observed to be a slightly different among the co-doped crystals. This is due to the perturbation of Yb³⁺ by co-doped rare-earth ion which is located at the neighborhood of the Yb³⁺. Comparative calculations were performed using factor analysis method for the absorption spectrum of Er³⁺, Yb³⁺ : LiNbO₃ single crystal, to confirm the mixed nature (vibrational & electronic) of 1→5 electron transition.

PL

Badano pasma absorpcji i emisji monokryształów Yb³⁺:LiNbO₃ oraz współdomieszkowanych monokryształów Yb³⁺/Nd³⁺, Yb³⁺/Er³⁺, Yb³⁺/Pr³⁺: LiNbO₃ przed i po naświetleniu ich kwantami gamma dawką 10⁵ - 10⁷ Gy. Porównawczo zmierzono również odpowiednie widma monokryształów LiNbO₃ domieszkowanych jonami Er³⁺, Nd³⁺ oraz Pr³⁺. Badania przeprowadzano w funkcji temperatury w obszarze 190 nm-3100 nm od 16 K do 292 K. Obserwowano, że jony ziem rzadkich podstawiają się w położeniu Li⁺ w kryształach współ-domieszkowanych Er³⁺ oraz Yb³⁺, natomiast w położenia Nb⁵⁺ w kryształach domieszkowanych Pr³⁺ oraz Nd³⁺. Położenia Nb⁵⁺ dają wkład do widma absorpcji w postaci linii obsorpcji jonów OH⁻ . Ponadto, z uwagi na duży rozrzut promieni jonowych Nd³⁺ lub Pr³⁺ oraz Li⁺ lub Nb⁵⁺, po naświetleniu kwantami gamma, obserwowano intensywne dodatkowe pasma absorpcji w obszarze UV-VIS, będące efektem przeładowania wakansów anionowych (centra F) oraz powstania polaronu Nb⁴⁺. Obserwowano występowanie elektronowych pasm termicznych pochodzących od termicznie zapełnionych poziomów elektronowych po niskoenergetycznej stronie ostrej linii przejścia elektronowego Yb³⁺ 980 nm. Zależność temperaturową dla tych pasm wyjasniono poprzez obliczenia poziomów energetycznych jonu Yb³⁺. Obserwowano wielo-fotonową relaksację z pierwszego poziomu przejścia termicznego (1004 nm) do stanu podstawowego za sprawą dwóch zlokalizowanych fotonów o energiach: 80 cm⁻¹ oraz 140 cm⁻¹. Więcej zlokalizowanych fotonów obserwowano w kryształach po ich naświetleniu kwantami gamma. Przeprowadzono analizę porównawczą widma absorpcji monokryształu Er³⁺, Yb³⁺:LiNbOO₃ metodą analizy czynnikowej, aby uzyskać potwierdzenie mieszanej natury (wibronowo-elektronowej) przejścia elektronowego 1→5.

6

Growth and characterization of lithium tantalate single crystals doped with Ho, Tm, Nd, Yb, Pr and doped by diffusion with Cr and Cu

Kaczmarek S. M., Świrkowicz M., Jabłoński R., Boulon G.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2000

|

Vol. 49, nr 2

67-85

EN

Crystal growth onditions for lithium tantalate single crystals doped with rare-earth and conditions of diffusion process for doping with Cr and Cu have been described. Temperature dependences of conductivity and capacitance were measured and Curie temperature ( ~610°C) was determined for each crystal. Performed ESR invesigations suggest probable localization of impurities incorporated by diffusion at Li⁺ sites, impurities incorporated during growth at Ta⁵⁺ or interstitial sites and also strong structure deviations in Nd, Yb: LiTaO₃ in comparison with to LiNbO₃ single crystals. Absorption and additional absorption after γ-irradiation and annealing treatments at room temperature were measured. The γ-irradiation with a dose of 10⁵ Gy and subsequent annealing at 800°C in the air for 3 h lead to a valency change of Ho and Pr ions. In the case of γ-irradiation recombination process due to Compton effect seems to be responsible for valency change process in both crystals. Luminescence and radioluminescence measurementsin UV+VIS range show a weak excitation energy transfer from LiTaO₃ lattice to impurity ions. All studied single crystals reveal good optical quality and higher absorption than in the case of yttrium-aluminate garnets with similar level of rare-earth concentration.

PL

Opracowano warunki krystalizacji tantalanu litu domieszkowanego objętościowo jonami z grupy ziem rzadkich oraz warunki procesu dyfuzji w przypadku domieszkowania jonami z grupy metali przejściowych. Wyznaczono temperaturowe zależności przewodności i pojemności, określając dla każdego kryształu temperaturę Curie. Przeprowadzono badania EPR, z których wynika lokalizacja domieszek wprowadzanych dyfuzyjnie w położeniach głównie Li⁺. Wyznaczono absorpcję tych kryształów w temperaturze pokojowej oraz zmierzono dodatkową absorpcję po ich naświetleniu kwantami gamma, a także ich luminescencję i radioluminescencję. Naświetlanie kwantami gamma oraz kolejno wygrzewanie w temperaturze 800°C wykazały zmianę walencyjności jonów Ho oraz Pr. Badane kryształy wykazywały wysoką jakość optyczną. Absorpcja tych kryształów była wyższa aniżeli kryształów YAG z porównywalną koncentracją domieszki.

7

Controlling of the charge states in laser crystals

Kaczmarek S., Wojtowicz A., Drozdowski W., Koepke C., Grinberg M., Kisielewski J., Jabłoński R., Boulon G., Zimmerer G.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

1999

|

Vol. 48, nr 2

105-116

PL

Przedstawiono wyniki podstawowych badań spektroskopowych (luminescencja, wzbudzenie, absorbcja i kinetyka emisji), pomiarów ESA oraz wartości dodatkowej absorbcji po naświetleniach kryształów YAG domieszkowanych cerem i magnezem, elektronami, protonami i kwantami gamma. Widmo ESA kryształu YAG: Ce, Mg wydaje się być poszerzone i przesunięte w stronę fal krótszych względem odpowiedniego widma dla kryształu YAG: Ce. Po naświetleniu obu kryształów światłem UV z lampy rtęciowej, obserwuje się wzrost intensywności linii ESR, odpowiednio o 85% i 58%.

EN

A basic spectroscopy (i.e. luminescence, excitation, absorption and emission kinetic measurements), excited states absorption measurements and additional absorption measurements after gamma, electron and proton irradiations of the YAG crystals activated by cerium and magnesium are presented. The excited state absorption spectrum of the YAG: Ce, Mg appears to be broader and shifted to the shorter wavelengths with respect to that of the YAG: Ce crystal. UV influence on intensity of ESR lines is discussed. It seems that UV irradiation changes Ce ions valency and in consequence, Ce(3+) concentration.

8

Influence of γ-radiation on Dy³⁺ doped LiNbO₃ single crystals

Kaczmarek S. M., Łukasiewicz T., Pracka I., Jabłoński R., Boulon G., Kaczmarek B., Warchoł S.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

1998

|

Vol. 47, nr 7-8

101-112

EN

Absorption measurements of the "as grown", gamma irradiated and thermal annealed LiNbO₃ crystals doped with Dy³⁺ ions for several activator concentrations were performed. It was stated that positions occupied by Dy³⁺ ions in LiNbO₃ lattice depend on the impurity concentration. May be large ion radius of Dy³⁺ ion makes, that it locates in interstitial position as Dy²⁺. Dy²⁺ ions after the exposure with gamma rays, as well as after the thermal annealing, change their valency and become Dy³⁺. The ESR measurements were performed for trivalent dysprosium. There were no changes in ESR lines before and after gamma exposure performed at room temperature, but after UV irradiation with an mercury lamp changes were very clar.

PL

Zbadano wpływ naświetlania domieszkowanych dysprozem kryształów LiNbO3 kwantami gamma (⁶⁰Co, 1.25 MeV) na ich charakterystyki optyczne. Przeprowadzono badania EPR przed i po naświetleniu kwantami y (dawka 10³-10⁶ Gy) oraz przed i po naświetlaniu UV z lampy rtęciowej. Centra barwne powstające po naswietlaniu kryształu niobianu litu wskazują na obecność w nich jonów Dy²⁺, które lokują się w silnie zdefektowanych obszarach kryształu, nie dając żadnych pasm w widmie absorpcji. Ich obecność staje się zauważalna dopiero po naświtlaniu kryształu kwantami gamma lub UV. Koncentracja jonów Dy²⁺ zależy istotnie od założonej koncentracji jonów Dy³⁺.