14.12.2022 (13:00) Семинар ИОФ РАН "Актуальная физика", № 2

powder by co-precipitation from aqueous solution with different fluorinating media: NaF, KF and NH 4 F" Dalton Transactions, 51 5448-5456 (2022). DOI: 10.1039/D2DT00304J

Аннотация

Одним из ключевых элементов технологии получения оптических керамик является качество исходных порошков прекурсоров. Под понятием качества порошка подразумевается большой перечень характеристик: гранулометрический состав, морфология частиц, удельная площадь поверхности, коэффициент агломерации, кислотно-основные свойства поверхности и адсорбция микропримесей на поверхности частиц. Одной из быстрых и удобных методик для оценки качества порошка прекурсора является определение квантового выхода ап-конверсионной люминесценции, так как только качественные порошки демонстрируют высокие величины интенсивности ап-конверсионной люминесценции. Методом  осаждения из водных растворов при использовании фторида натрия, фторида калия и фторида аммония в качестве фторирующих агентов синтезированы порошки однофазных твердых растворов на основе фторида стронция, легированного иттербием и эрбием. Доказано, что асимметрия рентгенографических рефлексов для исходно синтезированных порошков свидетельствует о наличии двух морфологий частиц, имеющих одинаковый химический состав, а не двух различных фаз. Методами просвечивающей электронной микроскопии и рентгенографии продемонстрированы процессы роста протяженных плоских частиц из более маленьких со сферической морфологией. Выявлено, что при использовании фторида натрия и фторида калия в качестве фторирующих агентов происходит их вхождение в кристаллическую структуру фторида стронция в количестве 3-4 мол.% и 1 мол.%, соответственно. Внедрение натрия и калия приводит к улучшению спекаемости частиц в керамику и к значительному увеличению размеров частиц в 5 и 2 раз, соответственно, по сравнению с использованием фторида аммония. Зарегистрированные величины квантовых выходов ап-конверсионной люминесценции на уровне десятых долей процента при низкой плотности мощности накачки 0.1 Вт/см² являются очень высокими, что свидетельствует о возможности использования данных методик синтеза для получения порошков-прекурсоров лазерной керамики.

Дополнительная литература:

1. Yu.A. Ermakova, A.A. Alexandrov, P.P. Fedorov, V.K. Ivanov, V.V. Voronov, D.G. Pasternak, O.V. Uvarov, S.V. Kuznetsov, Synthesis of single-phase Sr 1-x Ba x F 2 solid solutions by coprecipitation from aqueous solutions, Solid State Sciences, 2022, vol. 130, #106932, 8 pp. DOI: 10.1016/j.solidstatesciences.2022.106932

2. A.A. Aleksandrov, M.N. Mayakova, S.V. Kuznetsov, V.V. Voronov, D.V. Pominova, V.K. Ivanov, P.P. Fedorov, Effect of structural perfection of crystalline β-NaYF 4 :Yb,Er phosphor

powders on the efficiency of their upconversion luminescence, Inorganic Materials, 2022, vol. 58, No. 1, pp. 90–96. DOI: 10.1134/S0020168522010010

3. Vitaly A. Tarala, Sergey V. Kuznetsov, Irina S. Chikulina, Alexander A. Kravtsov, Dmitry S. Vakalov, Svyatoslav O. Krandievsky, Fedor F. Malyavin, Mikhail G. Ambartsumov,

Lev V. Kozhitov, Ludmila M. Mitrofanenko, Synthesis of YSAG:Er ceramics and the study of the scandium impact in the dodecahedral and octahedral garnet sites on the Er 3+ energy structure, Journal of Luminescence, 2022, vol. 241, #118539, 9 pp. DOI 10.1016/j.jlumin.2021.118539

4. M.S. Nikova, V.A. Tarala, F.F. Malyavin, I.S. Chikulina, D.S. Vakalov, A.A. Kravtsov, S.O. Krandievsky, V.A. Lapin, E.V. Medyanik, L.V. Kozhitov, S.V. Kuznetsov, Sintering and

microstructure evolution of Er 1.5 Y 1.5-x Sc x+y Al 5-y O 12 garnet ceramics with scandium in dodecahedral and octahedral sites, Journal of the European Ceramic Society, 2022, vol. 42, is. 5, pp. 2464- 2477. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2022.01.008

5. M.S. Nikova, V.A. Tarala, A.A. Kravtsov, I.S. Chikulina, D.S. Vakalov, L.V. Tarala, S.N. Kichuk, F.F. Malyavin, L.V. Kozhitov, S.V. Kuznetsov, Stable garnets in the Er 2 O 3 -Sc 2 O 3 -

Al 2 O 3 oxide system for optical ceramics application, Ceramics International, 2022, vol. 48, is. 24, pp. 36739-36747. DOI 10.1016/j.ceramint.2022.08.235

6. Vadim Zhmykhov, Elena Dobretsova, Vladimir S. Tsvetkov, Marina Nikova, Irina Chikulina, Dmitry Vakalov, Vitaly Tarala, Yurii Pyrkov, Sergey Kuznetsov, Vladimir Tsvetkov,

Judd-Ofelt analysis of high erbium content yttrium-aluminum and yttrium-scandium-aluminum garnet ceramics, Inorganics, 2022, vol. 10, #170, 8 pp. DOI 10.3390/inorganics10100170

На конкурс представлена статья:

A. Vakhrushev, Y. Ososkov, S. Alyshev, A. Khegai, A. Umnikov, F. Afanasiev, K. Riumkin, E. Firstova, A. Guryanov, M. Melkumov, S. Firstov "Output power saturation effect in cladding-pumped bismuth-doped fiber lasers" J. Lightwave Technology (2022) DOI: 10.1109/JLT.2022.3219549, early access 

Аннотация

Впервые реализованы висмутовые волоконные лазеры, излучающие в областях длин волн 1.3 – 1.5 мкм, с использованием многомодовой диодной накачки на длинах волн 808 и 793 нм, вводимой в световедущую оболочку активных световодов. Изучены особенности возникновения генерации на висмутовых активных центрах (ВАЦ) в лазере, работающем по трехуровневой схеме. Максимально достигнутая эффективность генерации таких лазеров составила ~ 5%. Обнаружен эффект насыщения выходной мощности генерации, возникающей на переходах ВАЦ, ассоциированных с Si. Из экспериментальных и теоретических исследований было установлено, что наблюдаемый эффект вызван низкой скоростью переходов с 3-го уровня на 2-ой (метастабильный). Экспериментально показано, что повышения скорости заселения лазерного уровня можно добиться с помощью инициации вынужденных переходов ВАЦ с 3-го (возбуждаемого) уровня фотонами с энергией (~5000 см -1 ), близкой к энергии данного перехода. В результате выходная мощность таких лазеров может существенно возрастать. Полученные результаты открывают новые возможности применения висмутовых световодов, а также масштабирования выходных характеристик устройств на их основе. 

Дополнительная литература:

1. Sergei Firstov, Andrey Umnikov, Aleksandr Kharakhordin, Alexander Vakhrushev, Elena Firstova, Sergey Alyshev, Aleksandr Khegai, Konstantin Riumkin, Yan Ososkov, Aleksei Guryanov, Mikhail Melkumov, Cladding-pumped bismuth-doped fiber laser // Optics Letters, 47, 778-781 (2022) DOI: 10.1364/OL.448771

2. A.M. Khegai, S.V. Alyshev, A.S. Vakhrushev, K.E. Riumkin, A.A. Umnikov, S.V. Firstov, Recent advances in Bi-doped silica-based optical fibers: a short review // Journal of Non-Crystalline Solids: X, 16, 100126 (2022) DOI: 10.1016/j.nocx.2022.100126

3. Alexander Vakhrushev, Andrey Umnikov, Sergey Alyshev, Aleksandr Khegai, Elena Firstova, Lyudmila Iskhakova, Aleksei Guryanov, Mikhail Melkumov, Sergei Firstov, Double Clad Bismuth-Doped Fiber with a Rectangular Inner Cladding for Laser Application, Photonics, 9, 788 (2022) DOI: 10.3390/photonics9110788

4. А.С. Вахрушев, А.В. Харахордин, А.М. Хегай, С.В. Алышев, К.Е. Рюмкин, Е.Г. Фирстова, А.А. Умников, А.С. Лобанов, Ф.В. Афанасьев, А.Н. Гурьянов, М.А. Мелькумов, С.В. Фирстов, Висмутовый волоконный лазер с накачкой в оболочку световода, излучающий в области длин волн 1.3 – 1.4 мкм, Квантовая электроника, 52(8), 681–684 (2022).

На конкурс представлена статья:

carotenoids: A case study of astaxanthin optical response modeling. Swarm and Evolutionary" Computation, 2022, 75, 101210, doi:10.1016/j.swevo.2022.101210.

Аннотация:

Эволюционные алгоритмы оптимизации являются активно развивающейся областью современной прикладной математики, которая исследует проблемы поиска глобального минимума недифференцируемых, нелинейных и мультимодальных функций. В данной работе представлены результаты использования алгоритма дифференциальной эволюции, являющимся одним из перспективных методов для решения физических задач, связанных с нахождением оптического отклика органических пигментных молекул. Для решения поставленных задач было разработано уникальное программное обеспечение, объединяющее в себе как процедуры расчетов спектров поглощения, так и процедуры алгоритма оптимизации. В результате были найдены статистически достоверные параметры квантовых моделей для all-trans изомеров молекулы астаксантина в полярных и неполярных растворителях.

На конкурс представлена статья:

V. Ralchenko, V. Sedov, A. Martyanov, V. Voronov, S. Savin, A. Khomich, M. Shevchenko, A. Bolshakov, Diamond-germanium composite films grown by microwave plasma CVD //Carbon. – 2022. – Т. 190. – С. 10-21. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.01.003

Аннотация:

Впервые синтезирован композиционный материал алмаз-германий. Процесс основан на со-осаждении кристаллитов алмаза и Ge в микроволновой плазме "водород-метан-герман". Прозрачный в ИК-спектральном диапазоне на длинах волн более 10 мкм, прочный высокотеплопроводный новый материал с регулируемыми проводимостью и коэффициентом теплового расширения перспективен для применений в электронике (теплопроводящие подложки) и фотонике (яркие люминесцентные источники в желтой области спектра). Найдены оптимальные условия формирования композита алмаз-Ge, прослежена эволюция структуры пленок с изменением температуры подложки. Обнаружено, что рост композита сопровождается легированием кристаллитов алмаза германием с образованием центров окраски германий-вакансия (GeV) с интенсивной фотолюминесценцией на длине волны 602 нм. Интерес к центру GeV вызван возможными применениями в нанофотонике, нанотермометрии, в оптических биомаркерах. По модели Кернера выполнены расчеты коэффициента эффективного температурного расширения (КТР) композитов алмаз-Ge в зависимости от доли алмаза в материале. Введение кристаллитов Ge в алмазную матрицу позволяет увеличить КТР композита таким образом, чтобы приблизить его величину к значениям КТР для полупроводников, в том числе Si или SiC, и тем самым резко ослабить уровень механических напряжений в структурах полупроводник-подложка в электронных приборах.

Дополнительная литература:

1. Sedov V. et al. Luminescent diamond composites //Functional Diamond. – 2022. – Т. 2. – №. 1. – С. 53-63. https://doi.org/10.1080/26941112.2022.2071112
2. Popovich A. et al. CVD diamond-SiC composite films: Structure and electrical properties //Diamond and Related Materials. – 2022. – Т. 125. – С. 108975.  https://doi.org/10.1016/j.diamond.2022.108975
3. Boldyrev K.N. et al. Localized vibrational modes of GeV-centers in diamond: Photoluminescence and first-principles phonon study //Diamond and Related Materials. – 2022.
– Т. 126. – С. 109049. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2022.109049
4. Sedov V. S. et al. Formation of germanium–vacancy color centers in CVD diamond //Journal of Russian Laser Research. – 2022. – Т. 43. – №. 4. – С. 503-508. https://doi.org/10.1007/s10946-022-10076-9
5. Kuznetsov S. V. et al. Cerium-doped gadolinium-scandium-aluminum garnet powders: synthesis and use in X-ray luminescent diamond composites //Ceramics International. – 2022. –
Т. 48. – №. 9. – С. 12962-12970. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.01.169