ett bredbandigt lågtemperaturluminescensspektrum av en litiumyttriumfluoridkristall dopad med holmium och en linje med hyperfin struktur som visas i insättningen. b, Uppdelning av hyperfina komponenter i en luminescerande spektrallinje i ett magnetfält. c, Ett möjligt schema för en helt optisk magnetfältsensor:provet placerat i ett uppmätt magnetfält belyses av en diodlaser vid en våglängd av 638,3 nm; emissionen samlas upp av en lins, filtreras och skickas till en piezoskannande Fabry-Perot-interferometer och sedan till en optisk detektor; interferometerskannern och signalintensiteten på dioden är anslutna med återkoppling via PID-styrenheten och låsningsförstärkaren; skannerns förskjutning kommer att vara linjärt beroende av det magnetiska fältet som appliceras på provet. Kredit:Boldyrev, K.N., Malkin, B.Z. &Popova, M.N.
Kristaller dopade med sällsynta jordartsmetaller (RE) joner uppvisar mycket smala linjebredder av optiska övergångar. De smala linjerna av trefaldigt joniserade RE-element täcker hela det synliga och infraröda området. RE-dopade material används i stor utsträckning som lasermedia, fosforer, scintillatorer, i solceller, etc. Nuförtiden utvecklas RE-baserad luminescenstermometri framgångsrikt, som visar ett brett arbetstemperaturområde, hög termisk känslighet och rumslig upplösning.
I ett magnetfält delas vissa spektrallinjer, och magnituden på magnetfältet kan bestämmas genom att mäta denna uppdelning. Ju smalare linjerna är, desto mer exakt kan magnetfältet mätas. För att utföra fjärrmätningar är det nödvändigt att använda luminescens. De smalaste luminescenslinjerna av kristaller dopade med sällsynta jordartsmetaller kräver speciell högupplöst bredbandsspektralutrustning för detektering och mätning.
I en ny artikel publicerad i Light:Science &Applications , har forskare från Institutet för spektroskopi vid den ryska vetenskapsakademin utvecklat en känslig uppsättning baserad på en Bruker 125HR högupplöst vakuum-Fourier-spektrometer, för detektering av luminescensspektra som exciteras av en diodlaser, inklusive vid kryogena temperaturer (ned till 3,5) K) och i magnetfält upp till 500 mT, i spektralområdet från infrarött till synligt, med upplösningen upp till 0,0006 cm -1 (18 MHz). Med hjälp av denna inställning studerade de luminescensspektra för en litiumyttriumfluoridkristall dopad med holmium.
Välupplöst hyperfin struktur som kommer från interaktionen mellan optiska elektroner i holmiumjonen och det magnetiska momentet i dess kärna detekterades. Enskilda hyperfina komponenter är så smala som 0,002–0,003 cm -1 . De delar sig i ett magnetfält som appliceras på kristallen, proportionellt mot deras g-faktorer. Flera luminescenslinjer med telekommunikationsvåglängder (som faller in i transparensfönstret för optiska fibrer) och stora magnetiska g-faktorer (10—15) hittades.
Med hjälp av dessa linjer kan styrkan hos ett externt magnetfält detekteras med en precision på cirka 17 μT (jämför med jordens magnetfält, som sträcker sig från 25 till 65 μT). Det magnetiska fältets riktning kan också bestämmas.
"Dessa luminescenslinjer är lovande för att skapa fjärrmagnetiska fältsensorer som inte kräver ett extra konstant eller variabelt magnetfält och/eller mikrovågsfält och som kan fungera i ett mycket brett spektrum av uppmätta magnetfält. Våra resultat banar väg för utvecklingen av en magnetfältssensor för t.ex. kvantrepeaters installerade i en utökad kvantkommunikationslinje", säger forskarna. För att implementera en praktisk och bekväm sensor, föreslår de att använda ett interferensfilter och en Fabry-Perot interferometer.
Ett annat intressant fynd av denna forskning är möjligheten att utvärdera litiumisotopförhållandet i kristallen och slumpmässiga gitterdeformationer (d.v.s. kristallkvaliteten) genom att analysera högupplösta luminescensspektra. + Utforska vidare
