АКАДЕМИЯ НАУК СССР
ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ КРИСТАЛЛОГРАФИИ им. А. В. ШУБНИКОВА
А. А Каминский Б.М.Антипенко
МНОГОУРОВНЕВЫЕ
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ
СХЕМЫ
КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ
ЛАЗЕРОВ
Ответственный редактор академик Б. К. ВАЙНШТЕЙН
МОСКВА
«НАУКА»
1989
Многоуровневые функциональные схемы кристаллических лазеров / Л. Л. Камин ский, Б. М. Антипенко.— М.: Наука, 1989.— 270 с. ISBN 5-02-000098-1
Освещено современное состояние исследований в области физики и поиска новых лазерных диэлектрических кристаллов. Особое внимание уделено новым принципам возбуждения генерации их активаторов—ионов-лантаноидов с ис пользованием многоуровневых функциональных схем — каскадных, ап-конвер- спонных, кроссрелаксационных, сенсибилизационных и других. Приводятся примеры реализации таких схем и диализируются их особенности. Рассмот рены тенденции развития исследований по лазерной накачке кристаллических лазеров. Приведена обширная информация справочного характера.
Книга предназначена для научных работников, а также аспирантов и студентов, специализирующихся в области физики и спектроскопии твердого тела, лазерного материаловедения, квантовой электроники и техники крис таллических лазеров.
Ил. 90. Табл. 60. Бпблиогр. 1062 пазв.
Multilevel Operating Schemes of,Crystalline Lasers / A. A. Kaminskii, В. M. An tipenko.— M.: Nauka, 1989.— 270 p.
The modern state of investigations in the field of physics and search of new la ser insulating crystals is presented. The special attention is paid to the new princi ples of laser-action excitation of their activators — lanthanide ions using mul tilevel operating schemes: cascade, up-conversion, cross-relaxation, sensitizing, etc. Examples of such schemes realization are shown and their specialities are analysed. Tendency to the development of the investigations on laser pumping
of |
crystalline lasers are considered. Broad and detail reference-like information |
is |
given. |
|
The book is assign for scientists, post-graduates and students working in the |
field of physics and spectroscopy of solid state, laser materials science, quantum electronics and crystalline-lasers technique.
111. 90. Tab. 60. Ref. 1062.
Рецензенты:
доктора фпзнко-математпческих наук
Б. Н. ГРЕЧУ1ЛНИКОВ, Ю. П. ТИМОФЕЕВ
1604110000-452 |
98-89. Доп. тем. план |
А. А. Каминский, |
|
042(02)-89 |
|||
|
Б. М. Антипенко, 1989 |
||
|
|
ISBN 5-02-000098-1
ОГЛАВЛЕНИЕ
От редактора |
9 |
|
Предисловие |
Л |
|
Часть |
первая |
|
ЛАЗЕРНЫЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КРИСТАЛЛЫ И ИХ СТИМУЛИРОВАН |
||
НОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ |
13 |
|
Глава |
1 |
|
Развитие физики кристаллических лазеров (историческая справка) |
13 |
|
|
Ниедеине |
13 |
1.1. |
Лазерные фтор- и кислородсодержащие кристаллические |
матрицы |
|
и их актпваториые ионы |
16 |
1.1.1. Законы разупорядочешш кристаллического поля на Ьп3+-актнватор- |
||
|
ных нонах в лазерных кристаллах |
26 |
1.1.2. Прочие лазерные кристаллы |
29 |
|
1.2.Капалы генерации стимулированного излучении лазерных активи
рованных диэлектрических кристаллов |
31 |
|
1.2.1. Лазерные 4/ — 4/ и 5d — 4/ каналы1л13+-активаторов |
37 |
|
1.2.2. Лазерные каналы Ьи2+-активаторов и ионаU3+ |
44 |
|
1.2.3. Лазерные |
каналы ионов Сг3+ и Ti3+ |
45 |
1.2.4. Лазерные |
каналы ТМ2+-активаторов |
48 |
1.3.Кристаллические матрицы для получения разноволновой генерации
|
Ьпа+-активаторов |
|
|
|
50 |
1.3.1. Лазерные каналы Ьп3+-активаторов вкубических кристаллах-гранатах |
50 |
||||
1.3.2. Лазерные каналы Ьп3+-активаторов в ромбических кристаллах типа |
55 |
||||
|
R АЮ3 (R = Y, Ln) |
. |
|
|
|
1.3.3. Лазерные 4/ — 4/ каналы Ьи3+-ионов в одноцентровых анизотропных |
55 |
||||
|
двойных фторидах |
LiRF4 и BaR2F8 (R = |
Y, Ln) |
. |
|
1.3.4. Лазерные каналы Ln3+-активаторов в моноклинных двойных калпи- |
55 |
||||
|
редкоземельных вольфраматах |
г |
|
||
1.3.5. Лазерные 4/ — 4/ |
каналы Ьп3+-активаторон. в трпгональных 'фтори |
57 |
|||
|
дах со структурой |
тнеонпта |
|
|
|
|
Литература |
|
|
|
59 |
Часть |
вторая |
|
|
|
|
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УРОВНИ И ИНТЕНСИВНОСТЬ ПЕРЕХОДОВ АКТИ |
|
||||
ВАТОРОВ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЛАЗЕРНЫХКРИСТАЛЛОВ |
65 |
||||
Глава |
2 |
|
|
|
|
Штарковская структура уровнен |
|
|
65 |
||
|
Введение |
|
|
|
65 |
2.1. |
Основные концепции современной теориикристаллического доля |
66 |
|||
2.2.Энергия уровней генерирующих активаторов в лазерных кристал
лах (экспериментальные данные) |
70 |
Литература |
130 |
Глава |
3 |
|
|
|
|
Интенсивность излучательных переходов |
Ьп3+-активаторов в лазерных крис |
137 |
|||
таллах |
|
|
|
||
|
Введение |
|
|
|
137 |
3.1. |
Электродппольные переходы |
|
|
138 |
|
3.1.1. Пел* р;Е8ш я переходов |
|
|
|
139 |
|
3.2. |
Параметры интенсивности |
Й* |
|
. |
140 |
3.2.1. Приведенные матричные |
элементы |
тензорных операторов |
(таб |
141 |
|
|
личные данные) |
|
|
|
|
3.2.2. Вычисление параметров Йг |
|
|
141 |
||
3.3. |
Магпптодипольные переходы Ьп3+-поиов |
|
157 |
||
3.4.Параметры спектроскопического качества лазерных кристаллов с Ln3+-
актпваторами |
160 |
3.4.1. Параметр спектроскопического качества для кристаллов с нонами Nd3+ |
НЮ |
3.4.2. Параметры спектроскопического качества для кристаллов с нонами Ег3+ |
102 |
3.4.3. Параметр спектроскопического качества для кристаллов с нонами Р т 3+ |
1(52 |
Литература |
1G5 |
Глава 4 |
|
Многофононные 4 / — 4 / релаксационные каналы Ьп3+-активаторов в ла |
|
зерных кристаллах |
1G7 |
Введение |
КЗ7 |
4.1.Основные механизмы современной теории многофононной безызлуча
|
тельной релаксации Ьп3+-ионов в кристаллах |
1(59 |
|||
4.1.1. Ковалентно-нелинейный мехаппзм [75, 77, 97] |
174 |
||||
4.1.2. Сравнение теории с экспериментом |
180 |
||||
4.2. |
Закон энергетической щели — зависимость W JJf от ДE JJf |
180 |
|||
|
Литература |
|
|
182 |
|
Часть |
третья |
|
|
|
|
МНОГОУРОВНЕВЫЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ |
|
||||
ГЕНЕРАЦИИ СТИМУЛИРОВАННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В АКТИВИРОВАН |
|
||||
НЫХ КРИСТАЛЛАХ |
|
|
185 |
||
Глава |
5 |
|
|
|
|
Каскадные функциональные |
схемы кристаллических лазеров |
185 |
|||
|
Введение |
|
|
|
185 |
5.1. |
Каскадные лазерные схемы Ьп3+-актпваторов |
186 |
|||
5.1.1. |
Каскадная генерация ионов Рг3+ и Nd3+ |
187 |
|||
5.1.2. |
Каскадная |
генерация |
ионов |
Но3+ |
188 |
5.1.3. |
Каскадная |
генерация |
ионов |
Ег3+ и Т т 3+ |
190 |
5.2.Особенности каскадной генерации Ьп3+-понов в кристаллах (стацио
|
нарное приближение) |
. |
191 |
5.3. |
Кросскаскадные лазерные схемы Ьп3+-активаторов |
195 |
|
|
Литература |
|
198 |
Глава |
6 |
|
|
Сенсибилизационные, дезактивационные и |
фид-фловинговые функциональ |
199 |
|
ные схемы кристаллических лазеров |
|
||
|
Введение |
|
199 |
6.1. |
Сенсибилизационные лазерные схемы |
|
203 |
6.2. |
Дезактивационные лазерные схемы |
|
203 |
6.3. |
Фид-фловинговая лазерная схема |
|
206 |
|
Литература |
|
208 |
Глава |
7 |
|
|
Ступенчатые схемы накачки генерирующих переходов Ьп8+-активаторов |
211 |
||
|
Введение |
. |
21J |
7.1.Ал-конверсия и стимулированное излучениеЬп3+-ионов в кристал
лах при высоком уровне возбуждения |
212 |
7.1.1. Ступенчатые |
ап-коиверсионные лазерные |
схемы |
кристаллов с |
|||
(Но34"-{- УЬ3+)-системой ‘активаторов |
|
|
212 |
|||
7.1.2. Ступенчатые |
ап-конверсиопные |
лазерные |
схемы |
кристаллов |
с |
|
(Ег3+ + |
УЬ3+)-системой активаторов |
|
|
215 |
||
7.1.3. Ступенчатые |
ап-конверсные |
лазерные |
схемы |
кристаллов |
с |
|
(Т т3+ |
УЬ3+)-систсмой активаторов |
|
|
224 |
||
7.2.Ап-конверсноиная функциональная схема генерации ионов Ег3+ в крис
таллах |
227 |
7.3.Схемы генерации ионов Ег3+ со ступепчатым поглощением квантов
|
пакачки в кристаллах |
|
УАЮз и LiYF* |
|
|
|
228 |
||
|
Литература |
|
|
|
|
|
|
|
229 |
Глава |
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Кроссрелакеацнониые |
функциональные |
схемы кристаллических лазеров |
230 |
||||||
|
Введение |
|
|
|
|
|
|
|
230 |
8.1. |
Кроссрелаксацпонныс |
лазерные |
схемы |
с квантовой эффективностью, |
231 |
||||
|
равной 1 |
|
|
|
|
|
. |
|
|
8.1.1. Генерационный |
канал |
бЯ4 — 7Гб ионов |
ТЬ3+ в LiYF4 : Gd34* |
231 |
|||||
8.1.2. Генерационный |
канал |
1D2 -н»3F3 ионов |
Рг3+ в YA103 |
232 |
|||||
8.1.3. Генерационный канал |
4/,у в —* 4/ 1Я/Гг ионов |
Ег3+в Y3AU0i2 |
233 |
||||||
8.2. |
Кроссрелаксацпонныс |
лазерные |
схемы |
с |
квантовой эффективностью, |
234 |
|||
|
равной 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
8.2.1. Генерационныйканал |
5/ 7 —* 5/ й |
попов |
Но3+ в |
Y3AI5O12 : Сг3+, Тш3+ |
234 |
||||
8.2.2. Генерационный |
канал |
3Я4 —* 3//G ионов |
Т т34- в Y3AI5O12 : Сг3+ |
240 |
|||||
8.3.Кроссрелаксацпонныс лазерные схемы сквантовойэффективностью,
|
рапной 3 |
|
|
|
|
240 |
8.3.1. Генерационный канал 617 —>Ч8 |
ионовНо3+ вBaEr2Fg : Tm3+ |
240 |
||||
8.4. |
Генерационный капал |
б/ в —» Ч 7 ионов Но3*1" |
вBaYb2F8(г)^_г = |
3 |
||
|
при цсг_г = |
4) |
|
|
|
244 |
|
Литература |
|
|
|
245 |
|
Глава |
9 |
|
|
|
|
|
Генерация Ьп3+-ионов в кристаллах |
при селективной |
лазерной накачке |
247 |
|||
|
Введение |
|
|
|
|
247 |
9.1. |
Лазерные |
кристаллические конверторы |
|
247 |
||
9.1.1. |
Равномерная лазерная |
накачка |
|
248 |
||
9.1.2. |
Профильпая лазерная накачка |
|
249 |
|||
9.1.3. |
Численная |
оценка предельных онерговкладов |
|
250 |
||
9.1.4. |
Лазерные |
конверторы |
на основе кристаллов с Ьп3+-актнваторамп |
251 |
||
9.2.Кристаллические лазеры с накачкой излучениемполупроводниковых
инжекциониых лазеров |
253 |
9.2.1. Основные схемы гетеролазерной накачки |
254 |
9.2.2. Генерация стимулированного излучения |
кристаллов с Ьп3+-нонами |
с полупроводниковой лазерной накачкой |
258 |
Литература |
261 |
Заключение |
264 |
Предметный указатель |
268 |