Кристаллы LiB₃O₅ (LBO) относятся к орторомбической сингонии (пространственная группа симметрии C⁹_2v-Pna2₁). Исходные кристаллы прозрачны в широкой области спектра 160-2600 nm. Высокая радиационно-оптическая стойкость (25 GW · cm² [1]) и сравнительно высокая эффективность нелинейного преобразования создают благоприятные предпосылки для применения LBO в коротковолновой лазерной оптике. В настоящей работе приведены результаты изучения стабильного и метастабильного оптического поглощения (ОП) кристаллов LBO при возбуждении импульсным пучком электронов наносекундной длительности. Аппаратура и методика описаны ранее в [2,3]. Все исследованные кристаллы LBO были выращены Масловым и Ольховой раствор-расплавленным методом [4]. Облучение электронным пучком (Phi=5· 10¹⁵ cm^-2, E_e=150 keV, tau=7 ns) в вакууме при 77 K создает в кристаллах LBO стабильные радиационные центры окраски, обусловливающие ОП в области 2.5-7.0 eV (рис. 1). Величина этого поглощения при 77 K испытывает изотермическую релаксацию с постоянной времени 2-3 h. При нагреве до комнатной температуры происходит значительное термообесцвечивание кристалла. Однако около 10% наведенной оптической плотности сохраняется при нагреве вплоть до 500 K, что обусловлено радиационным повреждением кристалла LBO [5]. Мы сосредоточим внимание на той части наведенного ОП, которая воспроизводится в циклах облучение-отжиг. Анализ контура наблюдаемой полосы ОП по методу Аленцева-Фока позволил выделить четыре перекрывающиеся элементарные полосы гауссовой формы G₁-G₄ (рис. 1), параметры которых приведены в таблице. [!b] #1.#2.#3. height#1pt depth#2pt width#3pt Параметры элементарных полос стабильного (T=77 K) и метастабильного (T=290 K) оптического поглощения кристаллов LiB₃O₅ c|c|c|c|c|c|c 10.5.0. Элемен-&3|c|Стабильное ОП& 3|cМетастабильное ОП 2-7 10.5.0. тарные& E_m,&Delta E,&I_m,&E_m,&Delta E,&I_m, 0.5.0. полосы&eV&eV&arb.units&eV&eV&arb. units 0pt11pt G₁&2.18&0.82& 1.2&2.24&0.82& 5.2 G₂&3.67&1.25&62 &3.75&1.26&77 G₃&4.76&1.76&81 &4.89&1.73&54 G₄&6.20&1.32&49 &-&-&- П р и м е ч а н и е . E_m, Delta E_m - положение максимума и ширина полосы оптического поглощения, I_m - амплитуда полосы, нормированная на 100 усл. ед. в максимуме экспериментальной полосы оптического поглощения. Термическое обесцвечивание является двустадийным процессом: при 120-140 K происходит спад наведенной оптической плотности на 50%, окончательный отжиг наблюдается в интервале температур 190-230 K. Эти температурные интервалы являются характерными для релаксационных процессов в LBO: в первом из них происходит термический распад электронного B²⁺-центра, во втором - распад дырочного O^--центра [6]. Примечательно, что кривая термообесцвечивания совпадает с кривой неизотермической релаксации O^--центра. По данным ЭПР [7], захваченная дырка локализована на p-орбитали иона кислорода, соединяющего трех- и четырехкоординированные ионы бора вблизи отрицательно заряженного стабилизирующего дефекта, например вакансии лития. Это позволяет заключить, что наведенное ОП LBO обусловлено O^--центрами. Роль этих центров может быть двоякой. С одной стороны, можно ожидать проявления оптических переходов внутри центра между расщепленными в кристаллическом поле p-орбиталями кислорода. В ряде оксидов (например, в BeO [8] они обнаружены экспериментально. Однако такие переходы запрещены правилами отбора, имеют малую силу осциллятора и обусловливают полосу ОП в относительно длинноволновой части спектра. С другой стороны, возможны переходы с локального уровня O^--центра на уровни валентной зоны (ВЗ). Поэтому имеет смысл сопоставить спектр наведенного ОП LBO с рассчитанными нами ранее [9] плотностью одноэлектронных состояний ВЗ LBO и диаграммой одноэлектронных энергий молекулярных орбиталей кластера [B₃O₇]^5-. Из рис. 1 видно, что наблюдается соответствие между локальными максимумами плотности состояний ВЗ при 3.8 и 6 eV с элементарными полосами G₂ и G₄ в спектре ОП. Полоса G₃ сопоставима с уровнями 7b₂ и 10a₁, отнесенными в [9] к состояниям ВЗ LBO. [!tb] [width=]117-1a.eps [width=]117-1b.eps a) Спектры наведенного ОП LBO при 77 K после облучения электронным пучком ( 1), элементарные полосы ОП (G₁-C₄) и плотность одноэлектронных состояний ВЗ LBO, рассчитанная в [9] ( 2). b) Диаграма энергий одноэлектронных молекулярных орбиталей кластера [B₃O₇]^5- по данным [9]. [!tp] a) Спектр КОП LBO при 290 K, измеренный непосредственно после окончания возбуждающего электронного импульса ( 1) и элементарные полосы КОП (G₁-C₃). b) Спектры элементарных составляющих КОП D₀(E) ( 1), D₁(E) ( 2) и D₂(E) ( 3), полученные в результате расчета для t-> 0. Кривая затухания оптической плотности кристаллов LBO при 3.5 eV после воздействия электронного пучка длительностью 7 ns при 290 K ( 1) и пример разложения ее на элементарные составляющие D₀(t) ( 2), D₁(t) ( 3), D₀(t)+D₁(t) ( 4) и D₂(t) ( 5). На кривой 1 точками обозначены экспериментальные данные, сплошной линией - результат аппроксимации на базе предложенной модели. Облучение LBO электронным пучком при 290 K не приводит к появлению стабильного ОП. Однако наблюдаются короткоживущее ОП (КОП). На рис. 2 представлен спектр КОП, измеренный при 290 K непосредственно после окончания импульса возбуждения. Результаты разложения этого спектра на элементарные составляющие приведены в таблице, из которой следует, в частности, что контур спектральной полосы метастабильного ОП LBO при 290 K состоит из тех же самых элементарных полос гауссовой формы, что и спектр наведенного ОП при 77 K. Это свидетельствует об идентичности оптических переходов, обусловливающих стабильное и метастабильное ОП LBO. Следует отметить, что измерение КОП LBO в более коротковолновой области спектра встречает определенные трудности ввиду значительного вклада импульсной катодолюминесценции LBO в регистрируемый световой сигнал. Анализ кинетики КОП (рис. 3) показал, что кривая затухания оптической плотности D(t) при 290 K может быть представлена в виде суммы трех компонентов, соотношение вкладов которых при 3.5 eV составляет 1 : 1.49 : 0.37: D(t)=D₀exp(-t/tau₀)+D₁exp(-t/tau₁)+ D₂/(1+at), (1) где tau₀=1.2±0.2 mus, tau₁=33± 3 mus, a^-1=4.0±0.4 ms - постоянные времени компонентов. Спектральный состав предсказанных компонентов D_i(E) представлен на рис. 2, из которого видно, что основной вклад в обе полосы КОП (G₂ и G₃) вносит "промежуточный компонент" D₁. В то же время быстрый (D₀) и медленный (D₂) компоненты КОП LBO сосредоточены главным образом в спектральной области полосы G₂. Таким образом, изучение стабильного и метастабильного ОП LBO показало, что его природа может быть связана с оптическими переходами с локального уровня дырочного O^--центра на уровни BЗ LBO. Это имеет важное практическое значение для понимания механизма радиационно-оптической устойчивости LBO. Детальный анализ свойств и классификация этих переходов требуют дополнительного экспериментального исследования и теоретических расчетов электронной структуры O^--центра, что составит предмет нашего следующего сообщения. Авторы признательны В.А. Маслову за предоставление кристаллов LBO для исследования, К.В. Баутину и А.Ю. Кузнецову за помощь и участие в работе.

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.