Синтез, изучение люминесцентных и кинетических свойств твердых растворов ($Y_{0,89-X}Yb_{0,1}Tm_{0,01}Ho_{X}$)$_3 Al_5O_{12}$

Актуальность и цели. На современном этапе развития науки и техники остро стоит вопрос поиска материалов, способных эффективно преобразовывать энергию из ближнего ИК-диапазона в диапазон более 2 мкм. На современном рынке полупроводниковых приборов присутствуют высокоэффективные мощные источники излучения (лампы накаливания, светодиоды), способные генерировать излучение в диапазоне 0,94-0,98 мкм, однако практически отсутствуют сопоставимые по эффективности и доступности люминофоры и лазеры, способные быть источником излучения в диапазоне более 2 мкм. Существующие люминесцентные и лазерные материалы, способные преобразовывать энергию в указанных диапазонах, представлены в основном стеклами, монокристаллами на основе теллуридов, сульфидов, которые не обладают достаточной устойчивостью и химической стойкостью, что сильно ограничивает их применение в жестких условиях, например, в условиях высоких температур, радиационного воздействия, а также при высоких плотностях возбуждения. Полидисперсные люминофоры на основе алюминатов редкоземельных элементов со структурой граната давно известны как материалы, обладающие большим набором положительных качеств, таких как высокая температурная, радиационная и химическая стойкость, также они положительно проявляют себя при высоких плотностях накачки или возбуждения, обладают отличными механическими и оптическими свойствами. Материалы и методы. В ходе работы синтезировались полидисперсные твердые растворы методом твердофазного синтеза при температуре 1450 $^{\circ}$С в течение 24 ч. Для полученных твердых растворов с помощью фотоприемного устройства ФПУ-1 и монохроматора МДР-204 регистрировалось стоксовое ИК-излучение в области 960-2200 нм при возбуждении лазерным излучением с длиной волны 940 нм. Фазовый состав синтезированных образцов контролировали при помощи рентгенофлуоресцентного анализа (дифрактометр Д-591, фирма «Siemens», Cu K$\alpha$-излучение Ni-фильтр). Кинетику затухания ИК-люминесценции изучали при помощи фотоприемника ФУП-2 и монохроматора МДР-204. Результаты. Синтезированы твердые растворы состава ($Y_{0,89-X}Yb_{0,1}Tm_{0,01}Ho_{X}$)$_3 Al_5O_{12}$, изучены их люминесцентные и кинетические характеристики, установлены зависимости интенсивности стоксовой ИК-люминесценции в диапазонах 0,96-1,1 мкм и 1,62-2,04 мкм; 2,04-2,15 мкм от концентрации ионов Ho$^{3+}$ при возбуждении лазерным излучением с длиной волны 0,94 мкм. Проведен анализ энергетических структур ионов иттербия, тулия, гольмия. На основе этого анализа предположено, что люминесценция в области 0,96-1,1 мкм обусловлена энергетическими переходами между штарковскими компонентами уровней $^2 F_{7/2} \to ^2 F_{5/2}$ иона иттербия. Излучение в области 1,8-2,05 мкм обусловлено излучательными переходами между штарковскими компонентами уровней $^3 F_{4} \to ^3 H_{6}$ иона тулия, излучение в области 2,05-2,15 мкм обусловлено излучательными переходами между штарковскими компонентами уровней $^5 I_{7} \to ^5 I_{8}$ иона гольмия. Выводы. Проанализированы полученные спектры люминесценции и кинетические характеристики, построены графики зависимостей интенсивности люминесценции и постоянной затухания от концентрации ионов гольмия. На основе полученных графиков зависимостей определен оптимальный состав люминофора, обеспечивающий максимальную интенсивность люминесценции в области 2000-2150 нм при возбуждении лазерным излучением с длиной волны 940 нм.