Обозначения и сокращения

Обозначения.

— параметры кристаллического поля;

 — сферические гармоники, выбор фазы которых соответствует [26];

• — коэффициенты Клебша-Гордана;
• — кристаллический потенциал;

— матричные элементы кристаллического потенциала, n, lглавное и орбитальное квантовые числа электронной конфигурации,. Для 3d-конфигурации, .

• — гамильтониан электрон-электронного взаимодействия;
• — гамильтониан спин-орбитального взаимодействия

Сокращения ПЦ — примесный центр;

ПИ — примесный ион;

КП — кристаллический потенциал.

Введение

Одним из перспективных материалов квантовой электроники, применяемых для преобразования лазерных пучков когерентного излучения за счет эффекта вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР), являются кристаллы вольфраматов и молибдатов щелочнземельных металлов. Эти кристаллы, активированные ионами редкоземельных и переходных металлов, могут использоваться как комбинированные активные среды, одновременно выполняя функцию активной среды твердотельного лазера и ВКР-преобразователя. Эффективное использование таких комбинированных активных сред требует предварительного исследования спектроскопических свойств внедренных в них ионов, в частности ионов переходных металлов. Таким образом, существует проблема расчета спектроскопических свойств в кристаллах со структурой шеелита, симметрия элементарной ячейки которых относится к тетрагональной сингонии. В частности, к классу этих кристаллах относятся кристаллы вольфраматов стронция и бария.

Кристаллы вольфраматов стронция и бария со структурой шеелита находят широкое применение в качестве нелинейно-оптических и лазерных сред. Структура таких кристаллов допускает введение активаторных ионов Nd3+в концентрациях, достаточных для получения лазерной генерации на длинах волн 1030−1085 нм и 1310−1360 нм с низким порогом накачки и высокими мощностями излучения, как в импульсном, так и непрерывном режиме при комнатной температуре. Кроме того, масштабные исследования эффекта вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР)[1] в данных кристаллах показали перспективность их использования в качестве ВКР — активных сред, благодаря упорядоченной структуре, отсутствию уширения ВКР — линии и, как следствие, высокой интегральной интенсивности ВКР. Возможность одновременной генерации на ионах Nd3+ и ВКР — преобразования в одном кристалле, позволяет создавать конструктивно компактные устройства с расширенным набором длин волн излучения, обладающие высокой стабильностью.

Тем не менее, ряд трудностей, связанных, прежде всего, с технологией получения оптически качественных монокристаллов, препятствуют промышленному производству подобных лазерных систем и выводу их на рынок. Исследования условий кристаллизации, проведенные к настоящему времени, позволили выявить ряд факторов, оказывающих критическое влияние на качество растущего слитка. Установлено, что оптическая неоднородность и механические напряжения в кристаллах, ведущие к растрескиванию, связаны с температурными градиентами в зоне роста и условиями послеростового отжига, центры рассеяния и инородные включения возникают при нарушении стехиометрии состава, а так же в связи с присутствием дополнительных примесей в исходной шихте. Метод Чохральского (и его модификации) позволяет тонко контролировать условия роста кристалла (поддерживать заданный диаметр, скорость кристаллизации слитка, формировать требуемое тепловое поле в зоне роста) и является наиболее приемлемым в силу вышеуказанных особенностей выращивания молибдатов и вольфраматов щелочноземельных металлов. Исследования показали наличие возможности получения крупных монокристаллов высокого оптического качества, однако задача поиска и создания оптимальных тепловых условий выращивания выглядит нетривиальной. Связано это с необходимостью поддержания высоких температурных градиентов на границе кристалл — расплав (порядка 100 °С/см), обеспечивающих устойчивый рост и, вместе с тем, минимальных — в зоне растущего кристалла (не более 10 °С/см), для предотвращения его разрушения.