在加性着色的BaF?和SrF?中，F中心光谱的研究

《Optical Materials》：F center spectra in additively colored BaF 2 and SrF 2

低温下BaF?和SrF?晶体中F中心发光特性研究，检测到1700nm和1240nm发光带，其激发谱与F中心吸收带一致，BaF? 1700nm带寿命3.6ms，SrF? 1240nm带寿命1.05ms，通过斯托克斯位移比较确认归属。

　　

E.A. 拉德扎博夫

俄罗斯科学院西伯利亚分院维诺格拉多夫地球化学研究所，伊尔库茨克

摘要

在经过添加着色的晶体中，我们在低温下检测到了1700纳米（BaF₂）和1240纳米（SrF₂）处的发光带。激发光谱显示BaF₂和SrF₂分别在610纳米和444纳米处有明显的吸收带。这两个吸收带的最大值与BaF₂和SrF₂中F中心已知的吸收带最大值一致。在80K时，BaF₂和SrF₂的发光带衰减时间分别为3.6毫秒和1.05毫秒。BaF₂中1700纳米发光带的相对斯托克斯位移与CaF₂和SrF₂中F中心的斯托克斯位移相近。因此可以得出结论，1700纳米的发光带属于BaF₂中的F中心。

引言

各种晶体中F中心的光谱特性已经得到了充分研究[1,2]。然而，我们认为关于碱土氟化物中F中心的发光特性仅在两篇论文[3,4]中有探讨。论文[3,5]报道了碱土氟化物CaF₂、SrF₂、BaF₂中F中心的发光和吸收带。其中指出，BaF₂中的F中心具有约1030纳米处的发光带[3]；而在另一篇论文[4]中则认为BaF₂中的F中心具有626.5纳米处的发光带。值得注意的是，根据[3,4]的数据，BaF₂中吸收带和发光带之间的斯托克斯位移明显小于CaF₂和SrF₂晶体中的斯托克斯位移[3]。鉴于CaF₂和SrF₂中F中心的斯托克斯位移相近，我们可以预期BaF₂中的F中心应该在1500–2000纳米范围内发光。目前尚未对BaF₂在这一光谱区域的发光特性进行过研究。我们研究了波长范围在3200纳米内的添加着色BaF₂和SrF₂晶体的发光现象。

添加着色的碱土氟化物晶体中F中心的高效红外宽带发光特性可以用于开发1–2.5微米的光源、可调谐激光器及其他荧光材料。

实验与计算

我们使用INGAAS（激光组件，800–1700纳米）和extINGAAS（Hamamatsu，800–2600纳米）[6]光电二极管（这些光电二极管通过内置TEC冷却）测量了添加着色SrF₂和BaF₂中F中心的发光现象。

这些晶体是在我们实验室的真空环境中，使用Stockbarger方法在石墨坩埚中生长而成的。石墨坩埚内部有三个直径为10毫米、长度为80毫米的圆柱形腔体，因此可以同时生长三个尺寸为?10 × 50毫米的样品。

BaF₂中的F中心

在室温下未观察到BaF₂的发光现象（见图1，曲线1）。当晶体被冷却后，出现了强烈的红外发光。光谱中观察到了两条主要发光带：一条强度较低的发光带，其最大值位于1030纳米（见图1，曲线4；参见[3]）；另一条发光带位于1700纳米（见图1，曲线2、3）。

使用更灵敏的INGAAS传感器和更高的光谱分辨率后，揭示了BaF₂中1700纳米发光带的更细微结构（见图1）。

讨论

在低温下的着色BaF₂晶体中，记录到了两条发光带，其最大值分别位于1030纳米和1700纳米（见图1）。在1030纳米发光带的激发光谱中，并未发现F中心的吸收峰（见图2，曲线3）。此前有研究认为1030纳米的发光带属于BaF₂中的F中心[3]；然而，我们的实验结果表明该区域不存在F中心的吸收峰（见图2），因此1030纳米的发光带并非由F中心产生。

结论

CaF₂、SrF₂和BaF₂中F中心的激发带与吸收带之间的接近程度，以及它们的相对斯托克斯位移的相似性，使我们能够确信1700纳米的发光带属于BaF₂中的F中心。对SrF₂中F中心发光的激发光谱进行测量进一步证实了1240纳米发光带也属于F中心。

添加着色的SrF₂中F中心的发光寿命...

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

作者感谢V. Kozlovsky协助晶体生长，以及R. Shendrik和D. Sofich在测量和结果讨论方面提供的技术支持。