Экспериментально исследована кинетика излучения ионов Er3+ в поликристаллах Er2O3 в видимой и ближней ИК областях спектра при лазерно-термическом возбуждении импульсами излучения СО2-лазера на длине волны = 10,6 мкм длительностью 30 с или 300 нс. Обнаруженный эффект запаздывания фронта импульса излучения Er3+ относительно лазерного импульса на ~1,5 мкс объяснен расчетной кинетикой излучения и предложен для лазерно-термического измерения времен многофононного возбуждения электронно-колебательных состояний ионов в редкоземельных оксидах.
Kinetics of emission of Er3+ ions in Er2O3 polycrystals in visible and NIR ranges was investigated under laser-thermal excitation by the pulses of CO2 laser radiation of 30 s and 300 ns duration at wavelength = 10.6 μm. Detected effect of delay time of Er3+ emission pulses of 1.5 μs relative to laser pulse was explained by calculated kinetics of Er2O3 emission and proposed as laser-thermal method of measurement of multiphonon excitation times of vibronic states of ions in rare-earth oxides.
Предпросмотр статьи
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
- eLIBRARY ID
- 22155178
При лазерно-термическом нагреве поликристалла Er2O3 излучением на λ = 10,6 мкм (943 см-1) возбуждается спектр колебательной подсистемы кристаллической решетки с наибольшими волновыми числами активных ИК-фононов 475 и 566 см-1 [22]. В широкозонном диэлектрике Er2O3 населенность электронно-колебательных состояний ионов Er3+ определяется процессами многофононного возбуждения тепловым импульсом, многофононной безызлучательной релаксации, СИ в видимой и ближней ИК-областях и излучением сплошного спектра. Интенсивности максимумов спектральных полос СИ ионов Er3+ при квазинепрерывном лазерно-термическом возбуждении изменяются синхронно с ростом температуры мишени. Такая зависимость свидетельствует о термическом равновесии населенности уровней Er3+ в секундном временном масштабе.
Кинетика СИ удовлетворительно описывается предложенной моделью расчета для квазинепрерывного возбуждения. Эффект запаздывания максимума импульса СИ относительно субмикросекундного лазерно-термического импульса позволяет трактовать СИ как люминесценцию при тепловом возбуждении [10]. Этот факт свидетельствует о термической неравновесности колебательной и электронной подсистем поликристалла Er2O3 в начале теплового импульса, причем равновесие устанавливается в течение ~1 мкс в результате теплового (многофононного) возбуждения более высоких электронно-колебательных состояний Er3+. Поэтому в кинетических уравнениях (5) длительность фронта была использована как время многофононной релаксации уровней ионов Er3+. Близость измеренной методом лазерно-термического импульса длительности фронта СИ (~1,5 мкс) и времени температурного тушения люминесценции Er3+ (2 мкс) [2] объясняется их равновероятностью при относительно малой вероятности излучательных переходов [23]. Расчетная временная зависимость интенсивности СИ после лазернотермического возбуждения определяется температурой охлаждающейся поверхности и соответствует экспериментально измеренной [11].
Температурная зависимость формы спектра Er2O3 определяется, очевидно, термическим уширением уровней электронной подсистемы ионов Er3+. Аналогичная кинетика СИ была экспериментально зарегистрирована при квазинепрерывном [24], а также субмикросекундном лазерно-термическом возбуждении поликристалла Yb2O3. Длительность фронта импульса СИ ~ 0,5 мкс превышала длительность импульса возбуждения, время затухания ~4,5 мкс. Метод лазерно-термического импульса может использоваться для спектральноэнергетических и кинетических исследований высокотемпературного излучения редкоземельных ионов в термостойких оксидах термофотовольтаических и авиакосмических материалов с высокой излучательной способностью.
Список литературы
1. Chen K. M., Saini S., Lipson M., et al. // Proc. SPIE. 2001. V. 4282. P. 168.
2. Miritello M., Lo Savio R., Piro A. M., et al. // J. Appl. Phys. 2006. V. 100. P. 013502.
3. Michael C. P., Yuen H. B., Sabnis V. A., et al. // Optics Express. 2008. V. 16. P. 19651.
4. Licciulli A., Diso D., Torsello G., et al. // Semicond. Sci. Technol. 2003. V. 18. P. S174.
5. Bitnar B., Durisch W., Palfinger G., et al. // Semiconductors. 2004. V. 38. P. 980.
6. Chubb D. L. Fundamentals of Thermophotovoltaic Energy Conversion — Elsevier, Amsterdam, Netherlands, Boston, Oxford, UK: 2007.
7. Алферов В. И., Марченко В. М. // ТВТ. 2012. T. 50. С. 550.
8. Salikhov T. P., Kan V. V. // International Journal of Thermophysics. 1999. V. 20. P. 1801.
9. Guazzoni G. E. // Applied Spectroscopy. 1972. V. 26. P. 60.
10. Марченко В. М., Исхакова Л. Д., Студеникин М. И. // Квантовая электроника. 2013. T. 43. C. 859.
11. Marchenko V. M., Shakir Yu. A. // Laser Optics-2012 (St.-Petersburg, Russia, 2012), r2.high power gas lasers/0726_Shakir.pdf. In: 15th Internal Conference “Laser Optics-2012” Summaries CD-ROM.
12. Анисимов С. И., Имас Я. И., Романов Г. С., Ходыко Ю. В. Действие излучения большой мощности на металлы. — Москва: Наука, 1970.
13. Kamineni H. S., Kamineni V. K., Moore II R. L., et al. // J. Appl. Phys. 2012. V. 111. P. 013104.
14. Golovlev V. V., Chen C. H. W., Garrett W. R. // Appl. Phys. Lett. 1996. V. 69. P. 280.
15. Torsello G., Lomascollo M., Licciulli A., et al. // Nature Mater. 2004. V. 3. P. 632.
16. Оцисик М. Н. Сложный теплообмен. — Москва: Мир, 1976.
17. Физические величины. Справочник. Под ред. Григорьева И. С., Мейлихова Е. З., — Москва: Энергоатомиздат, 1991.
18. Dargis R., Williams D., Smith R., et al. // ECS Journal of Solid State Science and Technology. 2012. V. 1. P. N24.
19. Medenbach O., Dettmar D., Shannon R.D., et al. // Appl. Opt. 2001. V. 3. P. 174.
20. Zinkevich M. Thermodynamics of rare earth sesquioxides. // Progress in Materials Science. 2007. V. 52. P. 597.
21. Кутателадзе С. С. Основы теории теплообмена. — Москва: Атомиздат, 1979.
22. Gruber J. B., Chirico R. D., Westrum E. F. J. // Chem. Phys. 1982. V. 76. P. 4600.
23. Sardar D. K., Gruber J. B., Allik T., Russell C. C. // J. Appl. Phys. 2005. V. 97. P. 123501.
24. Marchenko V. M., Iskhakova L. D., Kir’yanovc A. V., et al. // Laser Physics. 2012. V. 22. P. 177.
1. K. M. Chen, S. Saini, M. Lipson, et al., Proc. SPIE 4282, 168 (2001).
2. M. Miritello, R. Lo Savio, A. M. Piro, et al., J. Appl. Phys. 100, 013502 (2006).
3. C. P. Michael, H. B. Yuen, V. A. Sabnis, et al., Optics Express 16, 19651 (2008).
4. A. Licciulli, D. Diso, G. Torsello, et. al., Semicond. Sci. Technol. 18, S174 (2003).
5. B. Bitnar, W. Durisch, G. Palfinger, et al., Semiconductors 38, 980 (2004).
6. D. L. Chubb, Fundamentals of Thermophotovoltaic Energy Conversion (Elsevier, Amsterdam, Netherlands, Boston, Oxford, UK: 2007).
7. V. I. Alferov and V. M. Marchenko, High Temp. 50, 550 (2012).
8. T. P. Salikhov and V. V. Kan, International Journal of Thermophysics 20, 1801 (1999).
9. G. E. Guazzoni, Applied Spectroscopy 26, 60 (1972).
10. V. M. Marchenko, L. D. Iskhakova and M. I. Studenkin, Quant. Electronics 43, 859 (2013).
11. V. M. Marchenko and Yu. A. Shakir, in Proc. Laser Optics-2012 (St.Petersburg, Russia, 2012), r2.high power gas lasers/0726_Shakir.pdf.
12. S. I. Anisimov, Ya. I. Imas, G. S. Romanov, et al., Effect of High Power Radiation on Metals. (Nauka, Moscow, 1970) [in Russian].
13. H. S. Kamineni, V. K. Kamineni, R. L. Moore II, et al., J. Appl. Phys. 111. 013104 (2012).
14. V. V. Golovlev, C. H. W. Chen, and W. R. Garrett, Appl. Phys. Lett. 69, 280 (1996).
15. G. Torsello, M. Lomascollo, A. Licciulli, et al., Nature Mater. 3. 632 (2004).
16. M. N. Otsisik, Complex Heat Exchange. (Mir, Moscow, 1976) [in Russian].
17. Physical Quantities. Handbook. Ed. by. I. S. Grigor’ev et al., (Energoizdat, Moscow, 1991) [in Russian].
18. R. Dargis, D. Williams, R. Smith, et al., ECS Journal of Solid State Science and Technology 1, N24 (2012).
19. O. Medenbach, D. Dettmar, R. D. Shannon, et al., Appl. Opt. 3, 174 (2001).
20. M. Zinkevich, Progress in Materials Science 52, 597 (2007).
21. S. S. Kuteladze, Basic Foundation of Heat Exchange Theory. (Atomizdat, Moscow, 1979) [in Russain].
22. J. B. Gruber, R. D. Chirico and E. F. J. Westrum, Chem. Phys. 76, 4600 (1982).
23. D. K. Sardar, J. B. Gruber, T. Allik, et al., J. Appl. Phys. 97, 123501 (2005).
24. V. M. Marchenko, L. D. Iskhakova, A. V. Kir’yanov, et al., Laser Physics 22, 177 (2012).
Выпуск
С О Д Е Р Ж А Н И Е
ОБЩАЯ ФИЗИКА
Марченко В. М., Шакир Ю. А. Кинетика излучения Er2O3 при лазерно-термическом возбуждении 335
Романов А. В., Степович М. А., Филиппов М. Н. Особенности разработки и использования модели процесса генерации спектров вторичной флуоресценции конденсированного вещества 341
ЭЛЕКТРОННЫЕ И ИОННЫЕ ПУЧКИ
Бушуев Н. А., Григорьев Ю. А., Бурцев А. А., Навроцкий И. А. Формирование ламинарных электронных потоков в триодных электронных пушках с многоострийными автоэмиссионными миникатодами в ячейках управляющей сетки 347
ФОТОЭЛЕКТРОНИКА
Дирочка А. И., Корнеева М. Д., Филачёв А. М. Направления развития современной фотоэлектроники (обзор по материалам XXIII Международной конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения) 353
Патрашин А. И., Балиев Д. Л., Болтарь К. О., Бурлаков И. Д., Лазарев П. С., Полунеев В. В., Яковлева Н. И. Аналитическая модель МФПУ для коротковолнового диапазона ИК-спектра 0,9—1,7 мкм 367
Яковлева Н. И., Болтарь К. О., Седнев М. В. Исследование фотодиодных лавинных элементов матричных фотоприемных устройств на основе гетероэпитаксиальных структур InGaAs 374
Селяков А. Ю., Бурлаков И. Д., Филачёв А. М. Корреляционная теория фотоиндуцированных случайных полей концентраций и токов подвижных носителей заряда в ИК-фотодиодах 383
Бурлаков И. Д., Другова А. А., Холоднов В. А. Принципы аналитического метода оптимизации параметров структуры лавинных гетерофотодиодов с разделенными областями поглощения и умножения 393
Жегалов С. И., Соляков В. Н. Нейронная схема формирования изображения для ФПУ с микросканированием 398
Матевосян Л. А., Авджян К. Э., Петросян С. Г., Маргарян А. В. Фотоэлектрические свойства гетероперехода (p)InSb-(n)CdTe 403
Ли И. И. Устройство считывания для многоэлементных ИК ФПУ третьего поколения 407
ФИЗИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА И ЕЁ ЭЛЕМЕНТЫ
Волков А. Д. Контроль натяжения трубок в строу детекторах 413
ПЕРСОНАЛИИ
Силин В. П. Б. Б. Кадомцев и теория ионно-звуковой турбулентности 420
Рухадзе А. А. Роль Б. Б. Кадомцева в судьбе А. А. Власова — объективность, смелость и благородство 434
ИНФОРМАЦИЯ
Правила для авторов 436
Бланк для подписки на 2014 г. 438
C O N T E N T S
GENERAL PHYSICS
V. M. Marchenko, Yu. A. Shakir Kinetics of Er2O3 emission under laser-thermal excitation 335
A. V. Romanov, M. A. Stepovich, M. N. Filippov Development and use of the model for generation process of secondary fluorescence spectra at con-densed matter 341
ELECTRON AND ION BEAMS
N. A. Bushuev, Yu. A. Grigoriev, A. A. Burtsev, I. A. Navrotsky Forming of the laminar electron flows in triode electron guns with multiple tip field-emission mini-cathodes in control grid cells 347
PHOTOELECTRONICS
A. I. Dirochka, M. D. Korneeva, A. M. Filachev Lines of modern photoelectronics development (review on proceedings of the XXIII International conference on photoelectronics and night viwion devices) 353
A. I. Patrashin, D. L. Baliev, K. O. Boltar, I. D. Burlakov, P. S. Lazarev, V. V. Poluneev, N. I. Yakovleva Analytical model of the 0.9—1.7 μm FPA 367
N. I. Iakovleva, K. O. Boltar, М. V. Sednev Investigations of ADP FPA photodiodes formed in InGaAs heterostructures 374
A. Yu. Selyakov, I. D. Burlakov, A. M. Filachev Correlation theory for the random fields of concentrations and currents of mobile charge carriers in the IR photodiodes 383
I. D. Burlakov, A. A. Drugova, V. A. Kholodnov The principles of analytical method of optimization of structure parameters of avalanche heterophotodi-odes with separate regions of absorption and multiplication 393
S. I. Zhegalov, V. N. Solyakov The neural scheme of formation of the image for FPA with microscanning 398
L. A. Matevosyan, K. E. Avjyan, S. G. Petrosyan, A. V. Margaryan Photoelectrical properties of (p)InSb–(n)CdTe heterojunction 403
I. I. Lee Readout circuits for third-generation multi-element IR FPA 407
PHYSICAL EQUIPMENT AND ITS ELEMENTS
A. D. Volkov Tubes tension control in straw detectors 413
PERSONALIA
V. P. Silin B. B. Kadomtsev and a theory of the ionacoustic turbulence 420
A. A. Rukhadze The role of B. B. Kadomtsev in the fate of A. A. Vlasov — objectivity and nobility 434
INFORMATION
Rules for authors 436
Subscription to the Journal. 2014 438
Другие статьи выпуска
Рассмотрена пионерская роль известного отечественного ученого А. А. Власова в формировании основных представлений о вибрационных свойствах плазмы, нашедших отражение в форме «уравнения Власова». В силу ряда обстоятельств работы Власова долгое время были недооценены. Сегодня, в частности, отмечается значение уравнения Власова для описания бесстолкновительного поглощения плазменных волн за счет их взаимодействия с электронами.
Примерно полвека тому назад появились на свет две статьи: в 1963 году статья В. И. Петвиашвили, ученика Б. Б. Кадомцева, в которой был предъявлен частотный спектр турбулентных пульсаций ионно-звуковых (ИЗ) волн; а в 1964 году работа самого Б. Б. Кадомцева, которую можно назвать основополагающей для квазистационарной нелинейной теории ионно-звуковой турбулентности (ИЗТ). В последней работе в простой модели была рассмотрена зависимость от времени ИЗ-пульсаций и благодаря учету вынужденного рассеяния ИЗ-волн на ионах показана возможность существования стационарных турбулентных пульсаций ИЗ-волн, а также был подтвержден спектр Кадомцева—Петвиашвили. В течение изрядного времени этот результат, не давший сведений об угловом распределении турбулентности, противопоставлялся аналитически полученному в 1966 году в квазилинейном приближении, т. е. при учете лишь черенковского эффекта, распределения Л. И. Рудакова и Л. В. Кораблева (РК). Для нас важно отметить, что найденное РК-распределение по углам было получено как нестационарное, а в стационарном пределе оказывалось сингулярным. Прошли годы. В квазистационарной теории ИЗТ начала 80-х гг. уже объединились два подхода: квазилинейная теория, основывающаяся на эффекте Вавилова—Черенкова и нелинейная теория Кадомцева— Петвиашвили, которая ввела в физику ИЗТ эффект индуцированного рассеяния ИЗ-волн на ионах. В приближении разделения переменных удалось построить теорию углового распределения турбулентных пульсаций и ряда эффектов, определяющихся ИЗТ. Возникла надежда на количественное описание ИЗТ. В то же время в её конкретной реализации модель работ Кадомцева—Петвиашвили непригодна для дейтерий-тритиевой плазмы. Необходимая модификация модели ИЗТ дана в работах начала 90-х. О пути к замкнутой теории ИЗТ и самых последних результатах начала нового тысячелетия идет речь в этой статье, где мы вспоминаем о Б. Б. Кадомцеве.
Рассмотрен монитор для контроля натяжения трубок в строу детекторах. Его работа основана на измерении резонансной частоты трубки при электростатическом возбуждении колебаний относительно опорного электрода. Высокая чувствительность монитора позволяет регистрировать резонансную частоту с точностью 0,1 Гц. Величина натяжения вычисляется с использованием полученной автором аналитической зависимости, которая в диапазоне натяжений 250—1200 гс имеет ошибку менее 3,5 %. Достигнутая точность подтверждается экспериментальными данными. Устройство отвечает самым высоким требованиям к созданию строу детекторов и может использоваться для измерения натяжения проволочек. Работа выполнена в Лаборатории ядерных проблем имени В. П. Джелепова.
Решение основных задач для ИК ФПУ третьего поколения в основном будут определяться прогрессом в области кремниевых устройств считывания, и поэтому разработка кремниевых устройств считывания становится одним из основных приоритетов для всех фирм, занимающихся разработкой тепловизионных систем.
Разработана лазерная технология изготовления фотоприемника ближнего и среднего инфракрасного диапазона длин волн на основе гетероперехода (p)InSb-(n)CdTe. Приведены результаты исследований фотоэлектрических свойств гетероперехода. Реализованное значение обнаружительной способности на максимуме спектральной чувствительности составляет D* λ (4,8; 2000; 1) ≈ 1,8×1011 см·Гц½·Вт-1, что не уступает фотонным приемникам на основе p─n-переходов.
Рассматривается нейронная схема формирования изображения для ФПУ с микросканированием. Нейронная схема реализует градиентный метод обработки и обеспечивает распараллеливание процесса формирования изображения. Схема обеспечивает коррекцию неоднородности сигналов и устранение влияния дефектных элементов. Нейронная схема улучшает качество изображения и повышает скорость обработки. Однородность схемы и вычислительных операций обеспечивают простоту реализации
Представлены принципы аналитической системы физического проектирования лавинных гетерофотодиодов с разделенными областями поглощения и умножения (ЛГФД с РОПУ). Система базируется на аналитических выражениях для поля лавинного пробоя p─n-гетероструктуры и межзонного туннельного тока в ней. Этот ток определяет минимальный уровень шума в ЛГФД с РОПУ на основе прямозонных полупроводников. Рассмотренный метод сильно облегчает оптимизацию уровней легирования слоев гетероструктуры и их толщин. Кроме того, он придает процессу оптимизации существенно более выраженное физическое содержание.
На основе метода Ланжевена рассчитаны корреляторы стационарных фотоиндуцированных случайных полей (СП) концентраций и токов подвижных носителей заряда в ИК-фотодиодах и в гомогенных полупроводниках. Установлено, что корреляторы тепловых и фотоиндуцированных СП концентраций подвижных носителей заряда определяются одинаковыми выражениями при любой структуре p─n-перехода и произвольной полярности приложенного напряжения, в то время как корреляторы СП фотоиндуцированных и темновых токов определяются одинаковыми выражениями только в случае обратносмещенного p─n-перехода с длинной базой.
Проведен анализ гетероэпитаксиальных структур тройных соединений A3B5 для построения матричных фотоприемных устройств, работающих в режиме лавинного усиления. Установлены оптимальные условия работы лавинных фотодиодов для достижения максимальных значений обнаружительной способности и вольтовой чувствительности. Рассчитаны наиболее критичные параметры фотодиодов, работающих в режиме лавинного усиления. Определен шум-фактор лавинного фотодиода при различных значениях скоростей ионизации электронов и дырок.
Построена аналитическая модель коротковолновых инфракрасных матричных фотоприёмных устройств (МФПУ) для работы в диапазоне спектра 0,9—1,7 мкм. С учетом получения высоких выходных характеристик рассчитаны возможные диапазоны изменения темновых токов фоточувствительных элементов (ФЧЭ), допустимый диапазон шумов мультиплексора, сигналы и шумы ФЧЭ, все фотоэлектрические параметры МФПУ. Полученные теоретические значения и зависимости сравниваются с экспериментальными. Получено хорошее совпадение данных, указывающее, с одной стороны, на справедливость модели, а с другой стороны, на корректность проводимой разработки.
Проведен анализ работы (тематики и докладов) 23-й Международной конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения и выставки по тематике конференции, которые состоялись в Москве 28—30 мая 2014 года.
Проведено 3D-моделирование триодных электронных пушек (ЭП) и электроннооптических систем (ЭОС) с многоострийными автоэмиссионными катодами (АЭК) в ячейках управляющей сетки. Определена зависимость между параметрами ЭП и потенциалами управляющей сетки, при которых электрическое поле в отверстиях сетки однородно, что означает равенство напряженностей поля на вершинах микроострий. Таким образом минимизируются линзовый эффект сетки и величина магнитного поля. Представлены расчеты ЭП с магнитным формированием пучков высокой плотности на основе планарных кремний-углеродных АЭК (Si- SiO2-C-Mo).
Работа посвящена разработке математической модели процесса формирования сигнала вторичной флуоресценции. В статье рассмотрены составляющие модели и показаны возможности ее использования на этапе разработки методики проведения количественного рентгенофлуоресцентного анализа.
Издательство
- Издательство
- АО "НПО "ОРИОН"
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- Юр. адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- ФИО
- Старцев Вадим Валерьевич (ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ДИРЕКТОР)
- E-mail адрес
- orion@orion-ir.ru
- Контактный телефон
- +7 (499) 3749400