Аннотация результатов, полученных в 2024 году
1. Продемонстрирована возможность изготовления образцов оптической керамики YSAG:Yb:Er, у которых коэффициенты светопропускания достигли теоретического предела в диапазоне длин волн от 400 до 3000 нм. Оценены эффекты влияния катионов Sc3+ на коэффициенты поглощения штарковских полос катионов Er3+ для переходов 4I15/2 - 4S3/2, 4I15/2- 4F9/2; 4I15/2 - 4I11/2; 4I15/2 - 4I13/2. Обнаружено, что увеличение концентрации катионов Sc3+ от 4 до 50 ат.% в додекаэдрической позиций по сравнению с октаэдрической позицией оказывает более существенное влияние на снижение интенсивности пиков в спектрах поглощения Er3+, при этом обнаружено повышение штарковской полосы поглощения катионов Yb3+ в области 970 нм. На основании проведенных исследований сделано заключение, что внедрение катионов скандия оказывает неэквивалентное влияние на интенсивности штарковских полос поглощения катионов Yb3+и Er3+ в твердых растворах YSAG:Yb:Er. 2. Определены значения энергий Штарковских уровней катионов Er3+ и Yb3+. Установлено, что повышение концентрации Sc3+ от 4 до 50 ат.% в додекаэдрической позиции приводит к повышению энергий штарковских уровней катиона Er3+ в термах 4I15/2, 4I13/2, 4I11/2, 4F9/2 и 4S3/2, при одновременном расширении термы 4I15/2 и сужению терм 4I13/2, 4I11/2, 4F9/2 и 4S3/2. Обнаружено, что перераспределение 50 ат.% катионов скандия из октаэдрической в додекаэдрическую позицию кристаллической решетки граната приводит к сужению энергетического диапазона термы основного состояния катионов Yb3+ (2F7/2) на 35 см-1 и термы возбужденного состояния (2F5/2) на 43 см-1. Сделано заключение, что катионы скандия оказывают неэквивалентное влияние на энергетическую структуру катионов Yb3+ и Er3+ в твердых растворах YSAG:Yb:Er. 3. Установлено, что повышение концентрации катионов Sc3+ от 4 до 50 ат.% в додекаэдрической позиции кристаллической решетки приводит к снижению доли стоксовой люминесценции катионов Yb3+ на фоне возрастания стоксовой люминесценции катионов Er3+. С учетом результатов исследования кинетики люминесценции обнаружена возможность повышения эффективности сенсибилизации Er3+ на 19%. На основании проведенных исследований сделано заключение, что внедрение скандия в додекаэдрическую позицию кристаллической решетки YSAG:Er:Yb является более предпочтительным, по сравнению с внедрением в октаэдрическую позицию, для создания стоксовых люминофоров. 4. Проведено исследование влияние Sc3+ в твердых растворов YSAG:Er:Yb на соотношение интегральных интенсивностей антистоксовой люминесценции катионов Er3+ в зеленой (541-565 нм) и красной (640-690 нм) области спектра. Сделано заключение, что внедрение в матрицу граната катионов Sc3+ в любую позицию кристаллической решетки снижает эффективность антистоксовой люминесценции. Установлено, что перераспределение 50 ат.% катионов Sc3+ из октаэдрической в додекаэдрическую позицию приводит к увеличению доли красной составляющей на фоне деградации антистоксовой люминесценции во всем диапазоне спектра. 5. Установлено, что температуропроводность керамик в зависимости от состава YSAG:Yb:Er может изменяться в широком диапазоне от 3,8 мм2/с до 0,3 мм2/с. Обнаружено, что температуропроводность YSAG:Yb:Er снижается с повышением массовой доли Sc2O3 в оксидной композиции Y2O3-Yb2O3-Er2O3-Sc2O3-Al2O3. Кроме того, зафиксировано возрастание значений коэффициентов линейного теплового расширения от 8,9·10-6 (1/K) до 9,7·10-6 (1/K) с увеличением концентрации Sc3+ в додекаэдрической позиции от 4 ат.% до 50 ат.%, а при повышении в октаэдрической позиции незначительное снижение до 8,5·10-6 (1/K). 6. Оценены перспективы изготовления лазерной керамики на основе твердых растворов YSAG:Er:Yb с различной концентрацией катионов Sc3+. Сделано предположение, что лучшими кандидатами на роль активной среды для генерации на длине волны 1633,17 нм с накачкой полупроводниковым диодом (940 нм) являются составы с преимущественным внедрением катионов Sc3+ в С-позицию. В частности, в рассматриваемых условиях образец {Y1.27Yb0.3Er0.03Sc1.50}[Al1.8Sc0.2]Al3O12 характеризовался наименьшей пороговой интенсивностью лазерной генерации (0,44 кВт/cм2), наибольшей дифференциальной эффективностью (25,23%), наивысшей эффективностью сенсибилизации ионов Er3+ ионами Yb3+ (70,45%) и низкими внутренними потерями из-за реабсорбции (2,7%). С другой стороны, у состава {Y2.26Yb0.45Er0.09Sc0.2}[Al1.0Sc1.0]Al3O12 наблюдалась наибольшая среди исследуемых образцов величина плотности энергии насыщения при усилении (38,19 Дж/см2), что делает его перспективным кандидатом на роль активной среды для высокомощных лазеров с модуляцией добротности. Однако, для данных составов YSAG:Yb:Er характерно большое значением квантового дефекта (42 %), что при работе лазера должно приводить существенному нагреву активной среды. 7. Результаты исследований легли в основу 2 статей: 1. Tarala, V.A. Influence of Yb3+ content on the optical and thermophysical properties of YSAG:Yb:Er solid solutions/Тarala V.A., Malyavin F.F., Brazhko E.A., Kravtsov A.A., Chapura O.M, Kuznetsov S.V.// Journal of the American Ceramic Society, 2024, 107(12), Р 8299–8311 2. Tarala, V.А. Comparison of the thermophysical and optical properties of ceramics based on YSAG: Yb,Er solid solutions with different forms of crystal lattice disorder/Tarala V.A., Chapura O.M., Malyavin F.F., Brazhko E.A., Kravtsov A.A., Kuznetsov S.V.// Ceramics International, 2024, 50(19), Р. 34859–34869