CS212183B1 - Způsob přípravy monokrystalů yttritohlinitého granátu se zvýšenou luminiscencí - Google Patents

Abstract

Způsob přípravy monokrystalů yttritohlinitáho granátu se zvýšenou luminiscencí, vhodných jako aktivní laserový materiál zejména pro pulsní laserový provoz, čehož se dosáhne tím, že monokrystaly se pěstují z taveniny, obsahující příměs iontů neodymu a iontů titanu, v ochranné armosféře složené ze vzácných plynů a vodíku a po vypěstování se temperuji ve vakuu při teplotách 1 200 až 1 900 °C půl až dvacet hodin.

Description

Vynález se týká způsobu přípravy monokrystalů yttritohlinitého granátu s mimořádně intenzívní luminiscencí na vlnová délce 1 064 nm při buzení ve viditelné části spektra.

Yttritohlinitý granát s příměsí iontů neodymu je v současné době nejvýhodnější laserový aktivní materiál. Ionty neodymu vykazují luminiscenci na čáře 1 064 nm. Příznivá doba života této luminiscence, vysoké hodnota průřezů laserového přechodu a malé ztráty na vlnové délce emise umožňují zásadně dosáhnout vysoké účinnosti laseru s tímto aktivním materiálem. Relativním nedostatkem je věak.malá účinnost čerpání, způsobené tím, že neodymité ionty vykazuji jen úzké absorpční linie, které většinou ani nezasahují .do emisních linii obvyklých výbojek, používaných pro čerpání. Z tohoto důvodu se někdy používá yttritohlinitý granát s příměsí iontů neodymu a dalších iontů, které mají široké absorpční pásy a přitom jsou schopné předat absorbovanou energii iontům neodymu.

Obvyklou dalěí příměsí jsou ionty chromité. Vyšší luminiscenční účinnost je však zpravidla vyvážena zhoršenou optickou strukturou takového aktivního materiálu, takže účinnost laseru například v kontinuálním nebo aktivním klíčovaném provozu je stejné jako u materiálu bez iontů chromitýoh, případně se zhorší struktura emitovaného světelného svazku natolik, že podíl využitelné energie svazku je nízký. Proto se kodotace yttritého granátu s obsahem iontů neodymu dalšími ionty téměř neužívá.

Výhodné spektrální a optické vlastnosti mají monokrystaly yttritohlinitého granátu s příměsí iontů neodymu, připravené způsobem podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že monokrystaly se pěstují z taveniny, obsahující příměs 3 až 7 % hmot iontů neodymu a 5.10”4 o^-2 % hmot. iontů titanu pod ochrannou atmosférou, složenou z 90 až 99 % obj.

vzácného plynu, jako je argon nebo helium, případně jejich směsi a 10 až 1 % obj. vodíku, načež se temperují ve vakuu za tlaku menšího než 10^-2 Pa při teplotě 1 200 až 1 900 °C po dobu 30 min až 20 hodin.

Pěstováním monokrystalů v uvedené ochranné atmosféře dojde k úplné redukci i stopových množství iontů železa, pravidelně přítomných ve výchozích surovinách. V nepřítomnosti iontů železa vyvolají ionty titanu za přítomnosti iontů neodymu při současném nadbytku kovových iontů ve vypěstovaných monokrystalech širokopásmovou absorpci s maximem v oblasti 500 až 600 nm, která je aktivní, tj. světlo absorbované v tomto nově vzniklém pásu-přispívá k luminiscenci iontů neodymu a tím i k vyšší účinnosti laseru, využívajícímu tohoto krystalu jako aktivního laserového materiálu. Zároveň se vzrůstem absorpce ve viditelné a s ní těsně sousedící infračervené oblasti vzrůstá mírně absorpce na vlnové délce 1 064 nm, což zvyšuje poněkud ztráty v aktivním laserovém materiálu.

Ukázalo se však, že minimální ztráty při maximálním zisku vykazuji monokrystaly, ve kterých nežádoucí barevné centra vzniklé v růstových podmínkách byla odstraněna temperací ve vakuu. Použité malá příměs iontů titanu nezpůsobí zhoršení optické jakosti monokrystalů.

Způsobem podle vynálezu lze připravit aktivní laserový materiál, který oproti běžně při pravovanému yttritohlinitému granátu s příměsí iontů neodymu vykazuje podstatné zvýšení zisku oproti mírně zvýšeným ztrátám a zachované optické homogenitě a je proto vhodný zejména pro pulsní laserový provoz.

Příklady

1. Monokrystaly yttritohlinitého granátu o délce 70 mm a průměru 20 mm byly pěstovány z taveniny metodou Czoohralskiho za použití molybdenových kelímků a,ochranné atmosféry složené z 50 % obj helia, 45 % obj. argonu a 5 % obj. vodíku. Tavenina obsahovala 6,5 % hmot. iontů neodymu a 8.10“^ % hmot. iontů titanu. Monokrystaly byly rozřezány na hranolky o rozměrech 7 x 7 x 65 mm, které byly temperovány 18 hodin při teplotě 1 450 °C za tlaku 10'³ Pa.

Poté byly opracovány na laserové tyče o průměru 6 mm a délce 60 mm, které byly opatřeny na čelních plochách antireflexními vrstvami a porovnány se stejně zpracovanými, případně v oxidační nebo redukční armosféře temperovanými tyčemi, připravenými z monokrystalů yttritohlinitého granátu se stejnou příměsí iontů neodymu,ale bez příměsi iontů titanu.

V pulsním laserovém provozu s použitím 30% výstupního zrcadla byly tyče připravené způsobem podle vynálezu v průměru o 30 % lepší co do účinnosti než tyče ostatní; v kontinuálním provozu za použití 95% výstupního zrcadla byla jejich účinnost o 8 % horší.

2. Monokrystaly yttritohlinitého granétu byly pěstovány stejným způsobem jako v předchozím příkladu s tím rozdílem, že ochranné atmosféra sestávala z 98 % obj. argonu a _2 % obj. vodíku a tavenina obsahovala 4,3 % hmot. iontů neodymu a 2.10 % hmot. iontů titanu. Temperace byla prováděna na nezpracovaných vypěstovaných monokrystalech při teplotě 1 800 °C po dobu 6 hodin ve vodíku. Z monokrystalů byly zhotoveny laserové tyče o průměru 6 mm a délce 60 mm, jejichž čela byla opatřena antireflexními vrstvami a byly porov- , nény s tyčemi stejných rozměrů zhotovenými z monokrystalů bez příměsi iontů titanu.

V pulsním provozu s 30% výstupním zrcadlem vykazovaly laserové tyče zhotovené z monokrystalů s příměsí iontů titanu podle vynálezu v průměru o 10 % měnší prahovou energii a při desítinésobném převýšení čerpací prahové energie dvojnásobnou účinnost proti tyčím z monokrystalů, které ionty titanu neobsahovaly. V kontinuálním provozu s 95% výstupním zrcadlem byla účinnost o 35 % horší.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Způsob přípravy monokrystalů yttritohlinitého granétu se zvýšenou luminiscencí přítomných iontů neodymu, vyznačený tím, že monokrystaly se pěstují z taveniny, obsahující příměs 3 až 7 % hmot. iontů neodymu a 5.10”^ až 5.10^-2 % hmot. iontů titanu pod ochrannou atmosférou, složenou z 90 až 99 % obj. vzácného plynu nebo jejich směsi, jako jsou argon, o helium, a 10 až 1 % obj. vodíku, načež se temperují ve vakuu za tlaku menším než 10 Pa při teplotě 1 200 až 1 900 °C po dobu 30 minut až 20 hodin.