СИНТЕЗ СИСТЕМЫ CASNO3 : YB3+,ER3+,НО3+ И ИССЛЕДОВАНИЕ ЕЕ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ СВОЙСТВ ПРИ ИК−ВОЗБУЖДЕНИИ

Рассмотрен порядок твердофазного синтеза перовскитоподобной структуры станната кальция, активированного тремя ионами редкоземельных элементов Yb3+,Er3+,Но3+. Установлено, что для формирования люминесцентной структуры CaSnO3 : Yb3+,Er3+,Но3+ необходимо соблюдение следующих условий синтеза: температура прокалки — 1250 °С, длительность — не менее 18 ч. Исследованы люминесцентные свойства образцов при возбуждении полупроводниковым лазерным диодом с длиной волны 960 нм. На спектрах люминесценции зафиксированы полосы излучения в видимой и ИК−областях спектра. Установлено, что ионы Yb3+ преимущественно выступают в роли сенсибилизаторов и способны передавать часть поглощенной энергии ионам Er3+ и Но3+, вызывая усиление люминесценции в соответствующих им полосах. Ионы Er3+ также передают часть поглощенной энергии ионам Но3+, в результате чего наблюдается усиление интенсивности ИК−люминесценции в полосах 1194 и 1950 нм. Приведена схема возможных энергетических переходов в системе CaSnO3 : Yb3+,Er3+,Но3+ при возбуждении лазером с длиной волны 960 нм. Подробно описан механизм передачи энергии между ионами Yb3+,Er3+,Но3+. Изучена зависимость интенсивности люминесценции исследуемого люминофора в области 994, 1194, 1550, 1950 нм от концентрации ионов Но3+. Максимум интенсивности для полос излучения 1194 и 1950 нм наблюдается при концентрации ионов Но3+ 0,007 ат. долей. Предложено использовать люминесцентную структуру CaSnO3 : Yb3+,Er3+,Но3+ в качестве источников излучения, способных преобразовывать ИК−излучение из области 960 нм в ИК−излучение с длиной волны ~2000 нм.

люминесценция, инфракрасные люминофоры, твердофазный синтез, редкоземельные элементы

1. Гаврилова Л. Я. Методы синтеза и исследование перспективных материалов. − Ек.: УрГУ им. А. М. Горького, 2008. − 74 с.

2. Li H., Castelli I. E., Thygesen Kr. S., Jacobsen K. W. Strain sensitivity of band gaps of Sn−containing semiconductors // Phys. Rev. B. − 2015. − V. 91, iss. 4. − P. 045204 (1−6). DOI: 10.1103/PhysRevB.91.045204

3. Bingfu Lei, Bin Li, Haoran Zhanga Wenlian Li. Preparation and luminescence properties of CaSnO3:Sm3+ phosphor emitting in the reddish orange region // Optical Materials. − 2007. − V. 29, iss. 11. − P. 1491—1494. DOI: 10.1016/j.optmat.2006.07.011

4. Zhengwei Liu, Yingliang Liu. Synthesis and luminescent properties of a new green afterglow phosphor CaSnO3 : Tb // Mater. Chem. Phys. − 2005. − V. 93, iss. 1. − P. 129—132. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2005.02.032

5. Zuoqiu Liang, Jinsu Zhang, Jiashi Sun, Xiangping Li, Lihong Cheng, Haiyang Zhong, Shaobo Fu, Yue Tian, Baojiu Chen. Enhancement of green long lasting phosphorescence in CaSnO3 : Tb3+ by addition of alkali ions // Physica B: Condensed Matter. − 2013. − V. 412. − P. 36—40. DOI: 10.1016/j.physb.2012.12.013

6. Jinsu Zhang, Baojiu Chen, Zuoqiu Liang, Xiangping Li, Jiashi Sun, Lihong Cheng, Haiyang Zhong. Optical transition and thermal quenching mechanism in CaSnO3 : Eu3+ phosphors // J. Alloys and Comp. − 2014. − V. 612. − P. 204—209. DOI: 10.1016/j.jallcom.2014.05.188

7. Orsi Gordo V., Tuncer Arslanli Y., Canimoglu A., Ayvacikli M., Galvão Gobato Y., Henini M., Can N. Visible to infrared low temperature luminescence of Er3+, Nd3+ and Sm3+ in CaSnO3 phosphors // Appl. Radiation and Isotopes. − 2015. − V. 99. − P. 69—76. DOI: 10.1016/j.apradiso.2015.02.019

8. Pang X. L., Jia C. H., Li G. Q., Zhang W. F. Bright white upconversion luminescence from Er3+—Tm3+—Yb3+ doped CaSnO3 powders // Optical Mat. − 2011. − V. 34, iss. 1. − P. 234—238. DOI: 10.1016/j.optmat.2011.08.019

9. Марьина У. А., Воробьев В. А. Особенности синтеза перовскитоподобных структур типа МSnO3 (М = Ba, Sr, Ca) и исследование их люминесцентных свойств // Вестник СКФУ. − 2016. − № 1(52). − С. 7—13.

10. Марьина У. А., Воробьев В. А. Исследование люминесцентных свойств станната кальция CaSnO3, активированного ионами редкоземельных металлов. // Вестник СКФУ. − 2016. − № 4(55). − С. 36—41.

11. Марьина У. А., Марьин А. П., Воробьев В. А. Синтез и исследование люминесцентных свойств CaSnO3 : Yb3+,RE3+ (RE = Er, Ho,Tm) // Вестник СКФУ. − 2017. − № 2(59). − С. 21—26.

12. Марьина У. А., Воробьев В. А., Марьин А. П. Влияние концентрации примеси Yb и типа плавня на люминесцентные свойства CaSnO3 : Yb // Научные исследования и разработки молодых ученых: материалы XIV междунар. молодежной научно−практ. конф. − Новосибирск: Изд−во ЦРНС, 2016.

13. Tao Pang, Wenhui Lu, Wujian Shen. Chromaticity modulation of upconversion luminescence in CaSnO3 : Yb3+, Er3+, Li+ phosphors through Yb3+ concentration, pumping power and temperature // Physica B: Condensed Matter. − 2016. − V. 502. − P. 11—15. DOI: 10.1016/j.physb.2016.08.036

14. Castelli I. E., Olsen T., Datta S., Landis D. D., Dahl S., Thygesen Kr. S., Jacobsen K. W. Computational screening of perovskite metal oxides for optimal solar light capture // Energy Environ. Sci. − 2012. − V. 5, iss. 2. − P. 5814—5819. DOI: 10.1039/C1EE02717D

15. Henriques J. M., Caetano E. W. S., Freire V. N., da Costa J. A. P., Albuquerque E. L. Structural, electronic, and optical absorption properties of orthorhombic CaSnO3 through ab initio calculations // J. Physics: Condensed Matter. − 2007. − V. 19, N 10. − P. 106214 (1−9). DOI: 10.1088/0953-8984/19/10/106214

16. Протасов Н. М. Структурное моделирование сложных оксидов со структурой перовскита в частично ковалентном приближении. − М.: МГУ им. М. В. Ломоносова, 2011. − 51 с.

17. Савикин А. П., Гришин И. А. Синтез керамических образцов ZBLAN : Но3+ и ZBLAN : Ho3+—Yb3+ и исследование антистоксовой люминесценции. − Нижний Новгород: Нац. исслед. НГУ им. Н. И. Лобачевского, 2016. − 18 с.

18. Твердотельные лазеры с полупроводниковой накачкой ближнего и среднего ИК−диапазонов спектра (2 мкм, 3—8 мкм) на основе кристаллов и керамик, активированных ионами Tm и Ho: отчет о НИР / ФГБОУ ВПО «МГУ им. Н. П. Огарёва»; рук. Рябочкина П.А.; исполн.: Антипов О. Л., Чупрунов Е. В., Ломонова Е. Е. − Саранск, 2012. − 83 с. − № ГР 01201002318. − Инв. № 53/39−10.

19. Бейли Д., Райт Э. Волоконная оптика: теория и практика. − М.: «КУДИЦ−ПРЕСС», 2008. − С. 98.

20. Шахно Е. А. Физические основы применения лазеров в медицине. − СПб: НИУ ИТМО, 2012. − 129 с.