Труды КНЦ вып.4(ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ) вып. 3/2020(11)

DOI: 10.37614/2307-5252.2020.3.4.036 УДК 535:361:456.34:882 ОСОБЕННОСТИ ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ КРИСТАЛЛОВ LiNbO 3 : Zn (0,04 - 2,01 МОЛ. %) М. В. Смирнов 1 , Н. В. Сидоров 1 , М. Н. Палатников 1 , В. Б. Пикулев 2 1 Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ «Кольский научный центр РАН», Апатиты, Россия 2 Петрозаводский государственный университет, Петрозаводск, Россия Аннотация Установлено, что основной вклад в люминесценцию с максимумами при 420 и 440 нм в кристаллах LiNbO 3 : Zn (0,04 + 2,01 мол. %) вносит рекомбинация двух электронно-дырочных пар Nb Nb 4+ -O - в основном ниобиевом октаэдре. При этом свечение слабо зависит от соотношения Li / Nb и концентрации цинка. С увеличением концентрации цинка до 2,01 мол. % ZnO в спектре исследованных кристаллов, в длинноволновой области, обнаружено монотонное общее возрастание интенсивности люминесценции, что свидетельствует о наличии мелких уровней энергий, расположенных у дна зоны проводимости. На особенности расположения мелких уровней может также оказывать влияние характер водородных связей в структуре кристалла LiNbO 3 , поскольку вклад в фотолюминесценцию, помимо точечных дефектов катионной подрешетки, могут вносить также комплексные дефекты, обусловленные присутствием в структуре гидроксильных групп ОН. Ключевые слова: кристаллы ниобата лития, фотолюминесценция, центры люминесценции, дефекты. PHOTOLUMINESCENCE FEATURES OF LiNbO 3 : Zn (0,04 - 2,01 MOL. %) CRYSTALS M. V. Smirnov 1 , N. V. Sidorov 1 , M. N. Palatnikov 1 , V. B. Pikulev 2 1 Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of FRC “ Kola Science Centre RAS ” , Apatity, Russia 2 Petrozavodsck State University, Petrozavodsk, Russia Abstract The main contribution to the luminescence of LiNbO 3 : Zn (0,04 + 2,01 mol. %) at 420 and 440 nm was established to be due to two electro-hole pairs of Nb 4+ -O - in niobium octahedron. Moreover, the luminescence weakly depends on Li / Nb ratio and Zn concentration. The increase of Zn concentration to 2,01 mol. % ZnO leads to monotonically increasing intensity in long-wave region of the photoluminescent spectra. This fact indicates that there are shallow energy levels near bottom of the conductivity band. Also the features of hydrogen bonds in LiNbO 3 structure effects on the location of the shallow energy levels as the complex defects caused by OH-group in the structure can contribute to the photoluminescence. Keywords : lithium niobate crystals, photoluminescence, luminescence centers, defects. Нелинейно-оптический кристалл ниобата лития (LiNbO 3 ) обладает кислородно-октаэдрической структурой типа псевдоильменита, в которой только две трети кислородных октаэдров О 6 заполнены основными (Li + и Nb 5+ ), легирующими и следовыми количествами примесных катионов, а также широкой областью гомогенности [Li 2 O] = [« 47^50 мол. %] на фазовой диаграмме. Эти особенности позволяют вводить в октаэдры О 6 широкий набор легирующих металлических элементов и тем самым регулировать состояние дефектной структуры кристалла и физические характеристики [1]. На особенности преобразования лазерного и широкополосного излучений кристаллом ниобата лития влияют в основном два фактора: композиционная неоднородность кристалла и чувствительность к повреждению излучением (эффект фоторефракции, optical damage). Для уменьшения эффекта фоторефракции и сопутствующего ему эффекта фотоиндуцированного рассеяния света (ФИРС) кристаллы LiNbO 3 легируют металлами с постоянной валентностью (нефоторефрактивные примеси) Mg 2+ , Zn 2+ , In 3+ и др., регулирующими упорядочение структурных единиц катионной подрешетки и количество глубоких электронных ловушек, основными из которых в чистом кристалле являются точечные дефекты Nb Li . В настоящее время на практике для преобразования лазерного излучения используются конгруэнтные кристаллы LiNbO 3 (Li / Nb = 0,946) и кристаллы, сильно легированные магнием (« 5,0 мол. % MgO) [2, 3]. Однако сильно легированные магнием кристаллы LiNbO 3 характеризуются высокой композиционной неоднородностью. Легирование кристалла LiNbO 3 катионами Zn 2+ позволяет более плавно, чем в кристаллах LiNbO 3 : 168