Материал: Многоуровневые функциональные схемы кристаллических лазеров

11. K r u p k e W .F ., George E. V., Haas R . A . // Laser handbook / Ed. M. L. Stitch. Amster­ dam: North-Iiolland, 1979. Vol. 3. P. 200.

12.Murray J . R ., Goldhar J ., Szoke A . // Appl. Phys. Lett. 1978. Vol. 32. P. 551.

13.Антипенко Б . M ., Воронин С. П ., Подколзина И . Г. п др. // Письма в ШТФ. 1978. Т. 4.

С. 80.

14.Антипенко Б . М . // Там же. 1980. Т. 6. С. 16.

15.Антипенко Б. М ., Ворыхалое И. В ., Синицын Б . В ., Уварова Т. В . И Кваптовая элек­

трон. 1980. Т. 7. С. 197.

Т. 63. С. 1297.

24.Gilliland G. D ., Powell R . С., Esterowitz L. / Topical meeting on tunable solid state lasers:

Techn. Digest Ser. Wash. (D. C.): OSA, 1987. Vol. 20. P. WE4-1.

25.Справочник по лазерам / Под ред. A. M. Прохорова. М.: Сов. радио. 1978. Т. 1.

29.Физика и спектроскопия лазерных кристаллов // А. А. Каминский, Л. К. Аминов, В. Д. Ермолаев и др. М.: Наука, 1986.

30.Handbook of laser sciences and technology. / Ed. M. J. Weber. Boca Raton: CRC press, 1982. Vol. 1.

31.Newman R . U 2. Appl. Phys. 1963. Vol. 34. P. 437.

32.Keyes R . J ., Quist T. M . // Appl. Phys. Lett. 1964. Vol. 4. P. 50.

33. АльферовЖ . И ., Андреев В. M ., Корольков В. И . и д р ./ / ФТП. 1968. Т. 2. С. 1545.

34.Богданкевич О. В ., Дарзнек С. А ., Елисеев П . Г. Полупроводниковые лазеры. М.: Наука,

1976.

35. Елисеев Л . Г. Введение в физику инжекционных лазеров. М.: Наука, 1983.

36.Suzuki Т., Hino /., Kobayashi К . et al. // Digest Techn. Pap. XVI Intern. Conf. Quant.

Electron. Tokyo, 1988. P. 24.

37. Begley D . L., K r e b s D . J . // Ibid. P .2 8 .

38.Krupke W . F . H Conf. Laser and Electro-opt.: Techn. Digest Ser. Wash. (D. C. ): OSA,

1988. Vol. 7. P. 296.

49.R OSS'M . И Proc. IEEE. 1968. Vol. 65. P. 196.

50.KuboderaK., N oda J . // Appl. Opt. 1982. Vol. 21. P. 3466.

51. Fan T . Y . , Huber G., B y e r R . L . , Mitzscherlich P. // Opt. Lett. 1987. Vol. 12. P. 678.

52.Kintz G. J ., Esterowitz L., Allen R . Ц Appl. Phys. Lett. 1987. Vol. 50. P. 1553.

53.Kintz G. J ., Esterowitz L ., Allen R .Ц Topical meetin on tunable solid state lasers: Techn.

Digest Ser. Wash. (D. C.): OSA, 1987. Vol. 20. P. MC-2.

54.Keyes R. J ., Quist T. M . // Appl. Phys. Lett. 1974. Vol. 4. P. 50.

55. Reinberg A . R ., Riseberg L. A ., Brown R . M . et al. // Ibid. 1981. Vol. 19. P. 11.

56.Ochs S. A ., Pankove J. / . // Proc. IEEE. 1964. Vol. 52. P. 713.

57.Allen B., Esterowitz L ., Goldberg L. et al. // Electron. Lett. 1986. Vol. 22. P. 947.

58. Fan T. Y ., Huber G., B y e r R . L . , Mltzsherlich P. // IEEE J. Quant. Electron. 1988.

Vol. 24. P. 924.

P. 541.

33.Каминский А . А ., Федоров В. А ., Мочалов И. В. // ДАН СССР. 1980. Т. 254. С. 604.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Не исключено, что настоящая монография может навеять мысли о том, что клас­ сические трех- и четырехуровневые схемы себя исчерпали как в плане решения традиционно-актуальных задач расширения спектральных и функциональных возможностей кристаллических лазеров, так и в плане поиска для них новых лазерных матриц и активаторов. Действительно, классическим принципам воз­ буждения генерации Ьи3+-ионов в диэлектрических кристаллах в книге практи­ чески не уделено внимания, и тем не менее так думать было бы ошибочно. Дело в том, что трех- и четырехуровневые рабочие схемы в поисковом и прикладном аспектах достаточно подробно рассмотрены в обширной литературе по квантовой электронике, и повторение их анализа навряд ли было бы разумным в предлагае­ мой монографнп.

Классические лазерные схемы позволяют и сейчас получать важные и инте­ ресные результаты, п в их применении в поисковых исследованиях пока не на­ блюдается какого-либо спада. В то же время многие яркие достижения последних лет, связанные с открытием новых лазерных каналов п разработкой новых прин­ ципов возбуждения генерации СИ лазерных кристаллов, получены при исполь­ зовании многоуровневых функциональных схем. Классика и новое — эти пред­ ставления в физике часто переплетаются н не являются альтернативой друг другу, рассмотренные в книге случаи не исключение. Представленный материал под­ тверждает, что классические н многоуровневые лазерные схемы генетически связаны друг с другом — последние содержат все основные элементы первых. Многочисленные результаты свидетельствуют о том, что достижения, получен­ ные одними, приводят к успехам в примененин других. Например, быстропро­ грессирующая в последние годы техника полупроводниковой лазерной накачки уже дала начало новому витку развития кристаллических лазеров, работающих по четырехуровневому принципу, но в большей степени она позволяет раскры­ вать лазерный потенциал активированных Ьн3+-ионамн кристаллов, способных генерировать СИ по многоуровневым схемам. Кристаллических лазеров, функ­ ционирующих по таким схемам, уже достаточно много, многие из них подробно проанализированы и в настоящей монографии.

Как будет развиваться физика (и техника) кристаллических лазеров, рабо­ тающих по многоуровневым схемам? Вопрос очень сложный, и его решение будет определяться многими серьезными факторами. И тем не менее наметившиеся темпы исследований в этой области и уже полученные конкретные результаты позволяют надеяться на то, что широкое применение таких лазеров — дело бли­ жайшего будущего. Некоторые из них, например использующие сепсибнлизационные схемы, уже разработаны в виде коммерческих приборов.

В заключение хотелось бы остановиться на еще одной возможности исполь­ зования мдогоуровневости лантаноидных (и не только их) активаторов в лазер­ ных кристаллах еще пока не реализованной, но, как показывают многочислен­ ные результаты их фундаментальных исследований, вполне реальной.

Среди многочисленных лазеров на основе кристаллов с Ьн3+-активаторамн [1] известен только один кристаллический лазер, который генерирует по класси­ ческой трехуровневой схеме — это лазер па основе тетрагонального фторида

остальных конечный лазерный уровень обычно имеет энергию ^ кТ. Для них число возбужденных Ьп3+-ионов, распределенных по рабочим уровням, глав­ ным образом на начальных лазерных, невелико — оно составляет несколько процентов от общего числа активаторных ионов к кристалле. Это указывает на то, что СИ в таких многоуровневых Ьн3+-системах протекает при практически пол­ ностью заселенных основных (нижайших по шкале энергии) мультпплетах (их обычная населенность составляет N 0 = 1010 н- 1021 см-3, что соответствует концентрации 1<п3+-понов CLп = 0,1 -г -10 ат. %).

Реально ли современными методами мощного импульсного или непрерывного лазерного возбуждения без поверхностного и объемного разрушенпя активи­ рованных диэлектрических кристаллов уменьшить величину N 0 их Ьп3*-ионов на несколько порядков (т. е. существенно расселить штарковские компоненты их нижайших мультиплетов) за счет заселения уровней высокорасположенных состояний активаторов? Результаты ряда работ по лазерному просветлению ак­ тивированных кристаллов (см., например, (31) и анализ возможных эксперимен­ тальных ситуаций показывают, что получить такие сверхзаселенные уровни высоколежнщпх мультиплетов вполне посильная задача.

Формально сверхпнвертнрованные многоуровневые Ьп3+-системы с точки ■зрения заселенности их мультиплетов условно можно назвать системами с «под­ нятыми» основными состояниями. Здесь возможны ситуации, когда в одной сис­ теме будет несколько мультиплетов, заселенность которых существенно превы­ сит заселенность нижайшего состояния активатора. Если такие «сверхгорячпе» лазерные кристаллы (термин «горячий» не используется только по той причине, что ом уже широко применяется при описании горячей люминесценции [4], •«горячим» также является и обычное СИ кристаллов с Ьп3+-нонамп, когда уровни их нижайших мультиплетов являются самыми заселенными) дополнительно -«подкачать» широкополосным излучением Хе-ламп, то можно возбудить н высоколежащпе, и даже «скрытые» собственным поглощением матрпц-основ, не только 4/-уровни, но н 5й-состояиия нх Ьп3+-актнваторов. Кристаллы с Ln3*- лопами в «сверхгорячем» состоянии не только обеспечат новые возможности для возбуждения СИ по различным новым многоуровневым функциональным схемам, но и позволят улучшить условия для получения генерации и по клас­ сическому четырехуровневому принципу. Перечислим некоторые из этих реаль­ ных возможностей:

а) Для получения генерации с уровней высоколежащпх мультиплетов Ln3+- ионов более перспективны «сверхгорячие» активированные кристаллы, посколь­ ку их «подкачка» уже может осуществляться отфильтрованным от УФ-частн излучением импульсных Хе-ламп. Важным здесь является то обстоятельство, что последнее не будет вызывать образование в подавляющем большинстве из­ вестных диэлектрических кристаллах нежелательных центров окраски.

б) Значительно опустошенные уровни нижайших (для большинства Ln3+- активаторов) и близкорасположенных к ним (для ионов Sm3+ и Еи3+) мульти­ плетов создают в сверхгшвертированных Ьи3+-системах условия и для эффек­ тивной генерации СИ при повышенных температурах на волнах заканчивающих­

абсорбционными полосами спектрами поглощения* а это может существенно •облегчить условия возбуждения СИ из Ьп3+-активаторов как при широкопо­ лосной, так н при узкополосной накачке. Проведенный анализ свидетельствует -о том, что в некоторых случаях созданпе в многоуровневой Ип^-системе несколь­ ких сверхзаселенных мультиплетов является более предпочтительным, чем, например, введение в кристалл ионов-сенсибилизаторов.

г) В сверхинвертированных Ьи^-системах будут ослаблены те процессы, которые зависят от концентрации активаторных ионов п в которые вовлечены