CS232172B1 - Tavenina pro pěstování monokrystalů yttritohlinitého granátu aktivovaného ionty neodymu, odolných proti tvorbě přechodných barevných center - Google Patents

Abstract

Tavenina pro pěstování monokrystalů yttritohlinitého granátu, aktivovaného ionty neodymu, odolných proti tvorbě přechodných barevných center, které lze použít jako aktivního laserového materiálu, vykazujícího vysokou úroveň čerpání al v kontinuálním nebo pulsním provozu ·> laseru, který lze provozovat i při zvýšené teplotě, která sestává z oxidů , yttria, hliníku, neodymu, ceru, chrómu a θ titanu, kde obsah, vyjádřený v at. % a vztažený na celkový obsah kovových iontů, činí u yttria 34,5 až 37,5, u hliníku 61,8 až 62,6, u neodymu 1 až 3, u ceru 0,0005 až 0,2, u chrómu 0,0002 až 0,03 a u titanu 0,00005 až 0,001.

Description

Vynález se týká taveniny pro pěstování monokrystalů yttritohlinitého granátu aktivovaného ionty neodymu, odolných proti tvorbě přechodných barevných center vlivem působení krátkovlnného optického záření.

Monokrystaly yttritohlinitého granátu aktivované ionty neodymu představují technicky významný laserový aktivní materiál . Čerpání tohoto materiálu se stejně jako jiných pevnolátkových materiálů pro lasery provádí převážně světlem výbojek s velkým podílem ultrafialové, fialové a modré složky.

Tyto krátkovlnné složky vyvolávají v yttritohlinitéra granátu barevná centra různého charakteru. V monokrystalech nižšího stupně čistoty, například s obsahem iontů horečnatých, vytvářejí barevná centra, která jsou časově stálá, avšak při vyšším poměru obsahů dlouhovlnné a krátkovlnné složky dopadajícího světla se tato centra bělí. Proto postačí vkládat mezi výbojku a laserový aktivní materiál jen málo absorbující filtr pro vlnové délky nižší než 400 nm. V monokrystalech vyššího stupně čistoty (nečistot méně než 5.10“^ hmot.%) obsahujících pouze ionty neodymu však vznikají přechodná barevná centra, tj. centra, která se při pokojové teplotě s poločasem řádu sekund až desítek sekund samovolně rozpadají. S ohledem na skutečnost, že se přechodná bareyná centra dlouhovlnnou složkou světla nebělí, je třeba pro úplné zamezení jejich vzniku použít filtr s absorpční hranou mezi 500 až 600 nm, čímž se však znemožní čerpání v krátkovlnných absorpčních pásech iontů neodymu. Přechodná barevná centra jsou na závadu při čerpání kontinuálním nebo při čerpání pulsním s vysokou opakovanou frekvencí, kdy optická absorpce těchto center v celé viditelné a blízké infračervené oblasti spektra je značně vysoká a teplo vyvolané z hlediska čerpání laserového aktivního

232 172 materiálu neúčinnou absorpcí barevných center deformuje aktivní materiál, tj. laserovou tyč. To má zejména při vyšší úrovni čerpání za následek vyhasínání modů světla emitovaného laserem_fa tím i značný pokles výstupního výkonu laseru.

Uvedený nedostatek je odstraněn u monokrystalů yttritohlinitého granátu aktivovaného ionty neodymu a odolných proti tvorbě přechodných barevných center pěstovaných z taveniny podle vynálezu, sestávající z oxidů yttria, hliníku, neodymu, cerú, ohromu a titanu, ve které činí obsah yttria 34,5 až

37,5 at.%, hliníku 61,8 až 62,6 at.%, neodymu 1 až 3 at.%, ceru 0,0005 až 0,2 at.%, chrómu 0,0002 až 0,03 at.% a titanu 0,00005 až 0,001 at,%jvztaženo na celkový obsah kovových iontů.

Kombinace iontů oeru, chrómu a titanu v tavenině v uvedených koncentracích má za následek, že v monokrystalech yttritohlinitého granátu vypěstovaných z této taveniny je tvorba barevných center výrazně potlačena. Nižší obsah iontů titanu v tavenině je vhodný při pěstování monokrystalů určených pro kontinuální provoz, vyšší obsah této příměsi je vhodný při přípravě materiálu určeného pro pulsní provoz, kde absorpce titanitých iontů na vlnové délce 1063 nm není prakticky na závadu. Ionty ceru v kombinaci s ionty chrómu jsou zároveň účinnými koaktivátory iontů neodymu, takže při jejich vyšších koncentracích lze u vypěstovaných monokrystalů docílit vyšší účinnosti laserového provozu. Vypěstované monokrystaly však musí být prosté železa, které účinně převádí excitované elektrony těchto iontů do základního stavu, zvláště při zvýšené teplotě. Je proto vhodné pěstovat monokrystaly pod ochrannou atmosférou, obsahující alespoň 2 obj.% vodíku, ve které se ionty železa redukují až na kov.

Z taveniny podle vynálezu lze pěstovat monokrystaly yttritohlinitého granátu aktivovaného ionty neodymu, které při použití jako aktivní laserový materiál vykazují vysokou účinnost při nízké i vysoké úrovni čerpání v libovolném typu laserového provozu a lze je zároveň provozovat i při zvýšené teplotě.

- 3 232 172

Příklad 1

677,52 g oxidu yttritého, 509,70 g oxidu hlinitého, g oxidu neodymitého, 0,51 g oxidu ceričitého, 0,05 g · oxidu chromitého a 0,005 g oxidu titaničitého bylo roztaveno v molybdenovém kelímku o objemu 400 ml pod atmosférou složenou z 70 obj.% argonu a 30 obj.% vodíku a ze vzniklé taveniny byl rychlostí 1,3 ram/h tažen monokrystal yttritohlinitého granátu o průměru 28 mm a délce 110 mra, z něhož byly zhotoveny laserové tyče o průměru 6 mm a délce 75 mm. Tyče byly použity v kontinuálním laseru, kde vykazovaly účinnost 2,5 %,vztaženo na příkon 4 až 6 kW použité kryptonové výbojky, kdežto tyče vyrobené z materiálu za použití taveniny jinak stejného složení, ale bez příměsi oxidu titaničitého vykazovaly účinnost 2,35 Laserové tyče stejných rozměrů z monokrystalů vypěstovaných za stejných podmínek z taveniny obdobného složení avšak buáto bez příměsi oxidu chromitého_řnebo ceričitého vykazovaly v laseru stejné konstrukce, tj. bez použití filtrace světla vý· bojky₍ účinnost pouchých 1,6%. Při příkonu vyšším než 4,8 kW výkon laseru dokonce se stoupajícím čerpáním klesal.

Příklad 2

510 g směsi oxidů kovů, v níž z celkového množství kovových iontů připadalo 4.1O“^ _at.% na ionty titanu, 1,6.10“^ at.% —2 na ionty chrómu, 5,8.10 at.% na ionty ceru, 2,14 at.% na ionty neodymu, 35,8 at.% na ionty yttria a 62,0 at.% na ionty hliníkujbylo roztaveno ve wolframovém kelímku o obsahu 150 ml pod atmosférou složenou z 95 obj.% argonu a 5 obj.% vodíku. Z taveniny by]yrychlostí 1,2 mm/h taženy monokrystaly yttritohlinitého granátu o průměru 25 mm s délce 80 mm, z nichž byly zhotoveny laserové tyče o průměru 6 mm a délce 50 mm. Tyče byly použity v pulsníra laseru bez filtrace světla xenonové výbojky sloužící jako zdroj čerpacího světla. Délka čerpacího i výstupního pulsu volně běžícího laseru činila přibližně 0,2 ns při opakované frekvenci 1 až 80 Hz a energii do výbojky 70 J/puls. Tyče vyrobené z uvedených monokrystalů vykazovaly výstupné energii 650 mJ/puls nezávisle na frekvenci pulsů. Naproti tomu monokrystaly tažené z taveniny obsahující méně než čtvrtinu uvedeného obsahu chrómu a^-méně než polovinu obsahu titanu poskytly tyče, které při opakované frekvenci laseru vyšší než 35 Hz vykazovaly snížení výstupní energie.

Claims (1)

1. P Ř/E D M Ě T V Y N Á LEZU 232 172

   Tavenina pro pěstování monokrystalů yttritohlinitého granátu aktivovaného ionty neodyrau, odl^ných proti tvorbě přechodných barevných center, sestávající z oxidů yttria, hliníku, neodymu, ceru, chrómu a titanu, vyznačující se tím, že obsah yttria činí 34,5 až 37>5 at.%, obsah hliníku 61,8 až 62,6 at.%, neodymu 1 až 3 at.%, ceru 0,0005 až 0,2 at.%, chrómu 0,0002 až 0,03 at.% a titanu 0,00005 až 0,001 at.%, vztaženo na celkový obsah kovových lontů.