Развитие научных основ синтеза новых оптических сред с каскадным механизмом эмиссии на основе сложных фаз, активированных редкоземельными элементами

Объектом исследований являются новые оптические среды на основе соединений CaRE2Ge3O10 (RE = La, Y, Yb), Sr3La2(Ge3O9)2 и Li7La3Hf2O12, активированные ионами лантоноидов.Цель работы — развитие методологии синтеза соединений CaRE2Ge3O10 (RE = La, Y, Yb), Sr3La2(Ge3O9)2, Li7La3Hf2O12 и твердых растворов CaLa2−xEuxGe3O10, CaYb2−xErxGe3O10, CaLa2–xNdxGe3O10:Ho3+, Sr3La2-xEux(Ge3O9)2 и Li7La3-xLnxHf2O12 (Ln = Ce, Nd, Eu, Tb, Dy); изучение фундаментальных соотношений "состав–структура–спектрально-люминесцентные свойства". В ходе исследований развита единообразная методология синтеза фаз с триортогруппами [Ge3O10]8- и кольцами [Ge3O9]6-, основанная на процессах комплексообразования с этилендиаминтетрауксусной кислотой (ЭДТА) либо лимонной кислотой.С применением лимонной кислоты в качестве комплексообразователя разработана технология синтеза твердых растворов изовалентного замещения Li7La3-xLnxHf2O12 (Ln = Ce, Nd, Eu, Tb, Dy). Исследованы их кристаллическая структура и спектрально-люминесцентные свойства.По результатам низкотемпературных рентгенографических исследований выявлена анизотропия деформаций кристаллической решетки германата CaLa2Ge3O10 в интервале температур 80−298 K, рассчитаны коэффициенты линейного термического расширения. Изучены оптические свойства германатов CaLa2−xEuxGe3O10 (x=0.1−0.6), CaYb2−xErxGe3O10 (x=0–2) и CaLa2−xNdxGe3O10:Ho3+ (x=0.025−1.0), установлено влияние концентрации допанта и длины волны возбуждающего излучения на люминесцентные характеристики соединений. В твердых растворах CaLa2−xEuxGe3O10 (x=0.1−0.6, Δx=0.1) наблюдается излучение в оранжево-красной области спектра, обусловленное внутриатомными 4f→4f переходами в Eu3+. При возбуждении лазерным излучением (λex = 980 нм) фаз CaYb2−xErxGe3O10 (x=0–2) происходит апконверсионное преобразование возбуждающего ИК излучения в излучение видимого диапазона, основные линии на спектрах люминесценции расположены в синей, зеленой и красной области спектра. Детально рассмотрен механизм появления апконверсионной люминесценции. В твердых растворах CaLa2–xNdxGe3O10:Ho3+ при возбуждении лазерным излучением с длиной волны 808 нм наблюдается интенсивная инфракрасная люминесценция с максимумами при 2.05, 2.60 и 3.20 мкм.По результатам фотолюминесцентных измерений установлена взаимосвязь между кристаллической структурой и люминесцентными свойствами соединений Sr3La2-xEux(Ge3O9)2 (x=0.1–2.0). Определена оптимальная концентрация активатора и выявлены необходимые условия возбуждения, при которых происходит наиболее эффективное преобразование УФ излучения в диапазон длин волн 570–720 нм.Исследованы спектрально-люминесцентные свойства гафнатов Li7La3Hf2O12:Eu3+, излучающих в красной области спектра. В фазах Li7La3-xNdxHf2O12:Ho3+ (x=0.0–0.2) при лазерном возбуждении (λex = 808 нм) обнаружена инфракрасная люминесценция с эмиссионными линиями при 1.05 мкм, 1.3 мкм, 1.8 мкм, 2.1 мкм и 2.7 мкм. Линии 2.1 мкм и 2.7 мкм, связанные с переходами 5I7→5I8 и 5I6→5I7 в Ho3+, зависят от взаимной концентрации ионов неодима и гольмия. Показано, что ионы Nd3+ могут потенциально использоваться в качестве сенсибилизаторов для Ho3+ ионов для стимуляции интенсивного ближнего инфракрасного излучения в этой системе. Предложены механизмы передачи энергии между ионами лантанидов. Исследованы люминесцентные свойства гафнатов Li7La3Hf2O12:xCe (x=0.0–3.3%) с тетрагональной структурой граната. Показано, что полосы поглощения при 2.5 эВ (496 нм) и 3.3 эВ (375 нм) связаны с процессами поглощение света в F-центрах в тетрагональном Li7La3Hf2O12. Происхождение люминесценции в Li7La3Hf2O12 связано с созданием и релаксацией автолокализованного экситона на регулярных узлах кристаллической решетки [HfO6]8-. Ионы серия в Li7La3Hf2O12:xCe (x=0.0–3.3%) имеют преимущественно валентное состояние Ce4+, и люминесценция Ce3+ не наблюдается. Увеличение концентрации церия в Li7La3Hf2O12 приводит к уменьшению фотолюминесценции, связанной с собственными центрами люминесценции.