Кристаллы. 
Параметры интенсивности ионов эрбия в кристаллах вольфрамата свинца

Ряд прозрачных кристаллов хорошего качества вольфрамата свинца со структурой шеелита, активированные эрбием, были выращены методом Бриджмена и имели форму цилиндров, размерами Ш20Ч100мм. Исходные материалы были порошки 99.999% PbO и WO₃, приготовленные в стехиометрическом соотношении. Эрбий был введен в смесь в виде Er₂O₃[4]. Из-за специфики структуры шеелита, катионы могут перераспределяться по кристаллографически неэквивалентным позициям (стехиометрическое уравнение шихты — расплава: PbO + WO₃+ Er_xO_1.5x; растущего кристалла: Pb_1-xEr_xWO₄), что приводит к отличиям состава кристалла от стехиометрического. Величина коэффициента распределения активаторной примеси зависит от исходной концентрации эрбия. Уравнения состава растущих кристаллов имеют вид: Pb_0.9969Er_0.0031WO₄, Pb_0.9963Er_0.0037WO₄ и Pb_0.9955Er_0.0045WO₄ соответственно. Отжиг проводился в атмосфере воздуха при температуре 1040°Св течение 8 ч. По два образца размером Ш 20Ч2.5 мм с двумя отполированными плоскостями, параллельными осям a и c, были вырезаны из каждого выращенного кристалла.

Эрбий

Ионы Er³⁺имеют чрезвычайно сложную систему энергетических уровней (рис. 1). В этой энергетической схеме можно выделить несколько важных особенностей.

Рисунок 1. Схема энергетических уровней Er3+и переходы при различных вариантах накачки.

В системе энергетических уровней эрбия существует возможность для реализации сложных схем трансформации возбуждений ап-конверсии и кросс_релаксации. Например, процесс ап-конверсии реализуется при возбуждении лазерным диодом с длиной волны излучения 800 нм уровня эрбия с последующими наблюдаемыми излучениями с длинами волн 540₅₆₀ нм при переходе и 520₅₄₀ нм при переходе [5].

Известно [6], что свойства ионов Er³⁺чрезвычайно сильно зависят от максимальной частоты колебательного спектра кристаллической решётки, поэтому величина энергетических зазоров между уровнями Er³⁺оказывается чувствительной к активируемой матрице.

Благодаря этим двум обстоятельствам на ионах эрбия получено такое число каналов генерации, как ни на одном другом ионе. Тем не менее, несомненно, что основным лазерным переходом иона Er³⁺ является переход. На нём осуществляется лазерная генерация и усиление света, как в кристаллах, так и в усилителях волоконно_оптической связи. Однако, в связи с тем, что для эрбия фактически реализуется квази-трёхуровневая схема генерации, лазеры и усилители с данным активатором требуют значительно большей плотности возбуждённых активных ионов и поэтому для эрбиевых лазеров необходимы высокие значения порога накачки.

Измерения спектров поглощения кристаллов PbWO₄, активированных Er³⁺ с атомными концентрациями 0.31, 0.37 и 0.45% проводились при комнатной температуре[4]. Толщина образцов 2.5 мм.

Рисунок 2. Спектры поглощения кристаллов PWO: Er3+.

Представленные на рисунке 2 спектры поглощения легированных кристаллов вольфраматов свинца состоят из десяти линий переходов ионов Er³⁺ с основного состояния на возбуждённые энергетические уровни иона эрбия:, ,, ,, , и. Перечень ведётся от коротковолновой области спектра в более длинноволновую. Максимумы поглощения приходятся на длины волн 378, 406, 451, 487, 521, 542,652, 801, 982 и 1539 нм соответственно.