Материал: Многоуровневые функциональные схемы кристаллических лазеров
s /ffw , '
Fuc. 1.21. Лазорпые межмультпплетные переходы Ьп3+-активаторов в кристаллах со струк турой граната
Диапазоны генерации каналов приведены в микрометрах. Штриховыми стрелками обозначены низкотемпе ратурные переходы
5+ |
,3+ |
3 |
НО' |
Е ' |
Т ', + |
4
4
(Я
ic
|
|
4М & //г |
|
|
|
4 |
U, |
T f |
|
|
|
|||
|
- L * , , |
4 # |
||
|
|
* /z |
|
|
4 |
*I |
f.ff |
ТI * |
|
2/ |
112 |
I |
||
|
||||
|
I |
|
I |
|
|
I |
|
|
Рве. 1.22. Лазерные межмультиплетные переходы 1.п8+-активаторов в ромбических алюми натах RA103 (R = Y, Lu)
Полым пружком отмечена стрелка, показывающая генерационный переход, СИ на волне которого вовбуме ^но с лааерной накачкой. Обозначения те же, что и на рис. 1.21
УАЮз YsAleOia
|
|
|
|
|
О? |
|
а = 5 ,1 7 6 |
а = 5,330 |
|
12,000 |
|||
6 = 5 ,3 0 7 |
6 = 7 ,3 7 5 |
|
|
|
||
с = 7,355 |
с = 5 ,1 8 0 |
|
|
|
||
(РЬпт) |
(Рпта) |
|
5,04 |
|
||
|
5,36 |
|
|
|
||
|
С, (1 2 ) |
|
|
ZM8) |
|
|
|
— 1850 |
|
—1930 |
|||
0 ,2 2 -6 ,5 |
0,24— 6 |
|||||
|
~ 5 5 0 |
|
~865 |
|||
|
—0,11 |
0 ,1 -0 ,1 3 |
||||
9.5 но осп а |
8,2 по |
100 |
||||
4.3 по осп Ь |
7.7 по |
110 |
||||
10,8 по осп с |
7.8 по |
111 |
||||
|
8,5-9 |
8,25-8,5 |
|
|||
[236, |
238, |
239] *3 |
[182, |
240, |
241]« |
|
п'—1 + |
|
№-В |
« - 1 + |
2.2779А,2 |
||
|
Я2-0,01142 |
|||||
А |
В |
0=2,63468 |
0=0,011592 |
6=2.67792 |
6=0,012282 |
7=2,70892 |
7=0,021607 |
Согласно измерениям [239] для YAlOj—NdH
(^Nd =1 ат,<^
X, мкм |
па |
ПЭ |
"V |
0,546 |
1,9328 |
1,9477 |
1,9571 |
0,590 |
1,9285 |
1,9432 |
1,9525 |
0,633 |
1,9250 |
1,9396 |
0,9487 |
0,730 |
1,9194 |
1,9341 |
1,9426 |
0.800 |
1,9156 |
1,9304 |
1,9390 |
0,930 |
1,9118 |
1,9260 |
1,9346 |
1,065 |
1,9083 |
1,9212 |
1,9309 |
1,080 |
1,9080 |
1,9210 |
1,9306 |
1,100 |
1,9076 |
1,9202 |
1,9301 |
** В формуле X в мкм. Согласно [240] |
|||
X, мкм |
п |
X, мкм |
п |
9,7 |
(для п0) |
9,8 |
|
|
|
|
|
|
14.5 |
(для пе) |
|
|
0,4 |
1,8650 |
1,8 |
1,8065 |
|
|
|
2 ,7 -3 ,5 |
|
0,45 |
1,8532 |
2,0 |
1,8035 |
|
|
|
|
|
0,5 |
1,8450 |
2,2 |
1,8001 |
|
и при |
100%-ной |
концентрации Ьп3+-ак- |
0,6 |
1,8347 |
2,4 |
1,7970 |
||
0,7 |
1,8285 |
2,6 |
1,7935 |
|||||
тиваторов (Но3А150 12 при — 90 К |
[192] |
0,8 |
1,8245 |
2,8 |
1,7896 |
|||
и Ег3А150 12 при ^ |
300 К [179]). В |
[89, |
0,9 |
1,8222 |
3,0 |
1,7855 |
||
1,0 |
1,8197 |
3,2 |
1,7810 |
|||||
90] решена проблема разупорядоченного |
||||||||
1,1 |
1,8170 |
3,4 |
1,7764 |
|||||
граната (Са3 (Nb, |
Ga)2Ga30 12—Nd3+), ко |
1,2 |
1,8152 |
3,6 |
1,7713 |
|||
торая |
более 20 лет обращала внимание |
1,4 |
1,8121 |
3,8 |
1,7659 |
|||
исследователей многих материаловедчес- |
1,6 |
1,8093 |
4,0 |
1,7602 |
||||
|
||||||||
ких центров мира.
Формулу гранатов можно записать как {G3}[Aa](D3)Oia, где фигурными, квадратными и круглыми скобками выделены катионы, занимающие с-, а- и ^кристаллографические позиции соответственно. Эти узлы могут занимать ионы различной валентности большого числа элементов, причем некоторые нв них, проявляя исключительную избирательнось, эти позиции могут заполнять полностью (табл. 1.14). Известны также катнондефицнтные лазерные грана ты [90].
Кристаллы-гранаты также являются матрицами для лазерных ТМ-актпва- торов (см. табл. 1.4). Недавно обнаружена генерация дефект-центров в кристал лах Ca3Ga2Ge30 12 с разновалентными катионами (Са3+, Gas+ и Ge4+) [82].
Рис. 1.23. Спектры комбинационного рассеяния кристаллов YA103
(а) и Y3A150 12 (6) при 300 К
Энергия пиков спектров дана в см-1
Таблица 1.14. Структурные возможности кристаллов-гранатов [10, 163]
Кристал
лографи
ческая
позиция
(анион ная ко ордина ция)
а(6)
с(8)
d (4>
h
Валентность
1+ |
2+ |
2—(i—) |
3+ |
4+ |
5+ |
c+ |
Li, Na |
Mg, Ca(?), |
— |
Al, Sc, V, |
Si, Ti, Ge, |
V(?),Nb, |
Те, W |
|
Mn, Fe, Co, |
|
Cr, Mn, Fe, |
Zr, Ru(?), |
Sb, Та |
|
|
Ni, Cu, Zn, |
|
Co, Ga, Y, |
Sn, Hf |
|
|
|
Cd |
|
Ru, Rh, In, |
|
|
|
|
|
|
Ln, Pt |
|
|
|
Li, Na, |
Mg, Ca, Mn, |
|
Sc, Y, In, |
Zr, Hf, Pb, |
|
|
K,Cu, |
Fe, Co, Cu, |
|
Ln, Bi |
Pt |
|
|
Bb(?), |
Sr, Cd, Ba, |
|
|
|
|
|
Ag.Tl |
Pb |
|
|
|
|
|
Li |
Mg, Mn, Co, |
— |
Al, Fe, Co, |
Si, Ti, Cr, |
P. V, As, |
- |
|
Ni, Zn |
|
Ga, In |
Fe, Ge, Sn |
Nb |
|
— |
- |
0(F) |
- |
- |
- |
- |
1
1.3.2.Лазерные каналы 1л13+-активаторов
в ромбических кристаллах типа RA103(R = Y , Lnj
Среди кислородсодержащих лазерных соединений ромбические кристаллы RA103
(пространственная группа Z)2® — РЪппь) являются самыми богатыми по числу генерационных межмультиплетных переходов (рис. 1.22). Из этой группы ла зерных матриц выделяется кристалл YA103, удачно сочетающий в себе высокую твердость, удовлетворительные теплофизические и оптические свойства (см. табл. 1.13). Менее протяженный фононный спектр кристаллов YA103, чем у гранатов (рис. 1.23), делает их более перспективными для возбуждения СИ ионов Ln3+ в различных участках спектра, включая в и д и м ы й и средний ИКдиапазоны.
Этот класс лазерных кристаллов был открыт в [19]. Для улучшения их па раметров СИ ионы-сенсибилизаторы в них впервые применили авторы [216]. Ромбические соединения RA103 генерируют и со 100%-ным содержанием Ln3+- активаторов (ЕгА103) [217]. Кристаллы RA103—Ln3+ чрезвычайно перспектив ны для реализации различных каскадных лазерных схем [189, 192, 218].
1.3.3. Лазерные 4 / — 4 / каналы Ьп3+-ионов
в одноцентровых анизотропных двойпых фторидах LiRF4 и BaR,F8(R = Y, Ln)
Анизотропные двойные фториды LiRF4 (С$л — 1\!а) и BaR2F8 (C\h —С2/пг) с Ln3'-активаторами с каждым годом раскрывают все новые и новые своп ла зерные свойства [65, 66, 75]. Они обладают самым большим числом 4/—4/ меж мультиплетных каналов генерации: первые 35, вторые 30 (рис. 1.24 и 1.25). У кристаллов LiYF4—Се3+ возбуждена генерация и в УФ-области спектра на 5d—4/ канале с применением в качестве источника накачки эксимерного лазера 1219].
Межштарковские переходы Ьп3+-ионов в этих соединениях характеризуются высокими значениями пиковых поперечных сечений. Непротяженные фонон ные спектры этих кристаллов обеспечивают многим мультиплетам достаточную метастабильность (высокий квантовый выход люминесценции), что открывает возможность реализации многоуровневых лазерных схем Ьп8+-активаторов, включая и каскадные.
Кристаллы LiRF4 имеют отрицательный коэффициент dnfdT (компенсирует возникновение тепловой линзы при мощной накачке). Для ряда конкретных применений это свойство имеет важное значение. Эти соединения по сравнению с рассмотренными кислородсодержащими более стойки к коротковолновому излучению газоразрядных ламп накачки. Их теплофизпческпе характеристики также можно считать удовлетворительнымп (см. табл. 1.13).
Лазерные свойства Ьп3+-актнваторов в кристаллах LiRF4 открыты в работе [20], BaR2F8 — в [8]. Интересными генерационными характеристиками обла дают самоактивированиые тетрагональные (LiErF4 и LiHoF4) [43] и моноклин ные (BaEr2F8) [181] фториды.
В кристаллы LiRF4 и BaR2F8 трудно в больших концентрациях вводить Ьп3+-ноны цериевой группы, в том числе и ионы Nd3+.
1.3.4.Лазерные каналы Ьн3+-активаторов
вмоноклинных двойных калпй-редкоземельных вольфраматах
Лазерные свойства моноклинных (пространственная группа Cf/i — С2/с) кри сталлов KR (W04)a — Ln3+, где R = Y, Ln, открыты в [34]. К настоящему вре мени у их активаторов СИ можно возбуждать на девяти межмультиплетных переходах (рис. 1.26). Ионы Ln3* в этих матрицах могут служить и в качестве