CS232172B1 - Melody for neodymium-activated yttrium-aluminum garnets activated by neodymium ions, resistant to the formation of intermediate color centers - Google Patents
Melody for neodymium-activated yttrium-aluminum garnets activated by neodymium ions, resistant to the formation of intermediate color centers Download PDFInfo
- Publication number
- CS232172B1 CS232172B1 CS833704A CS370483A CS232172B1 CS 232172 B1 CS232172 B1 CS 232172B1 CS 833704 A CS833704 A CS 833704A CS 370483 A CS370483 A CS 370483A CS 232172 B1 CS232172 B1 CS 232172B1
- Authority
- CS
- Czechoslovakia
- Prior art keywords
- neodymium
- yttrium
- activated
- ions
- aluminum
- Prior art date
Links
Landscapes
- Lasers (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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.Melt for growing single crystals of yttrium aluminum garnet, activated by neodymium ions, resistant to the formation of transient color centers, which can be used as an active laser material, showing a high level of pumping al in continuous or pulsed operation ·> laser, which can be operated even at elevated temperature, which consists of oxides , yttrium, aluminum, neodymium, cerium, chromium and θ titanium, where the content, expressed in at. % and related to the total content of metal ions, is 34.5 to 37.5 for yttrium, 61.8 to 62.6 for aluminum, 1 to 3 for neodymium, 0.0005 to 0.2 for cerium, 0.0002 to 0.03 for chromium and 0.00005 to 0.001 for titanium.
Description
Vynález se týká taveniny pro pěstování monokrystalů yttritohlinitého granátu aktivovaného ionty neodymu, odolných proti tvorbě přechodných barevných center vlivem působení krátkovlnného optického záření.The invention relates to a melt for the cultivation of neodymium-activated yttrium-aluminum garnet single crystals resistant to the formation of transient color centers under the influence of short-wave optical radiation.
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.Neodymium-activated yttrium-aluminum garnet monocrystals represent a technically significant laser active material. The pumping of this material, like other solid-state materials for lasers, is predominantly by the light of lamps with a high proportion of ultraviolet, violet and blue components.
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 aktivníhoThese shortwave components induce color centers of varying character in the garnet yttritliner. In single crystals of lower purity, for example containing magnesium ions, they produce color centers that are stable over time, but at a higher ratio of the content of the long-wave and short-wave components of the incident light, these centers bleach. Therefore, it is sufficient to insert a low-absorbing filter for the wavelengths below 400 nm between the lamp and the laser active material. However, monocrystals of higher purity (impurities less than 5.10 < RTI ID = 0.0 > wt%) < / RTI > containing only neodymium ions produce transient color centers, i.e., centers that disintegrate spontaneously at room temperature. In view of the fact that the transient bareyne centers do not bleach with the long-wave light component, a filter with an absorption edge between 500 and 600 nm should be used to completely prevent their formation, but this makes it impossible to pump in short-wave neodymium ion absorption bands. Transient color centers are defective in continuous or pulse pumping with high repetition rate, where the optical absorption of these centers throughout the visible and near infrared region of the spectrum is very high and the heat induced by pumping laser active
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 laseremfa tím i značný pokles výstupního výkonu laseru.232 172 of material by ineffective absorption of color centers deforms the active material, ie the laser bar. This, in particular at a higher pumping level, results in the extinction of the modes of light emitted by the laser f and thus a considerable decrease in the laser output power.
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 ažThis deficiency is overcome with neodymium-activated yttrium aluminum garnet single crystals resistant to the formation of melt-grown intermediate color centers according to the invention, consisting of yttrium, aluminum, neodymium, cerium, amine and titanium oxides in which the yttrium content is 34.5 to
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.37.5 at.%, Aluminum 61.8 to 62.6 at.%, Neodymium 1 to 3 at.%, Cerium 0.0005 to 0.2 at.%, Chromium 0.0002 to 0.03 at.%. and titanium of 0.00005 to 0.001 at,% based on the total metal ion content.
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.The combination of the ions, chromium and titanium ions in the melt at the indicated concentrations results in the formation of color centers in the yttrium-aluminum garnet monocrystals grown from the melt. The lower content of titanium ions in the melt is suitable for the cultivation of single crystals intended for continuous operation, the higher content of this admixture is suitable for the preparation of material intended for pulse operation, where the absorption of titanium ions at the wavelength of 1063 nm is practically no problem. Cerium ions in combination with chromium ions are also effective co-activators of neodymium ions, so that at higher concentrations it is possible to achieve higher efficiency of laser operation in cultivated single crystals. However, the monocrystals grown must be iron-free, which effectively converts the excited electrons of these ions to the ground state, especially at elevated temperature. It is therefore desirable to cultivate single crystals under a protective atmosphere containing at least 2 vol% hydrogen in which iron ions are reduced to metal.
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.Neodymium-activated yttrium-aluminum garnet monocrystals can be grown from the melt according to the invention, which, when used as an active laser material, exhibit high efficiency at low and high pumping levels in any type of laser operation and can also be operated at elevated temperature.
- 3 232 172- 3 232 172
Příklad 1Example 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 chromitéhořnebo 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.677.52 g yttrium oxide, 509.70 g alumina, g neodymium oxide, 0.51 g cerium oxide, 0.05 g · chromium oxide and 0.005 g titanium dioxide were melted in a 400 ml molybdenum crucible under an atmosphere composed of 70 vol.% Argon and 30 vol.% Hydrogen and a single crystal of yttrium-aluminum garnet with a diameter of 28 mm and a length of 110 mra was drawn from the resulting melt at a rate of 1.3 ram / h, from which laser bars with a diameter of 6 mm and a length of 75 mm were made. . The bars were used in a continuous laser, where they showed an efficiency of 2.5% based on the input power of 4 to 6 kW of used krypton lamp, while bars made of a material using a melt of otherwise identical composition but without titanium dioxide had an efficiency of 2.35 the same dimensions of the single crystal grown under the same conditions, a melt of similar composition but Buat undoped chromium oxide or of cerium showed the same laser structure, i.e. without using the above light filtering · buoy (pouchých efficiency of 1.6%. When the input of more than 4, The 8 kW laser output even decreased with increasing pumping.
Příklad 2Example 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.510 g of a mixture of metal oxides, in which the total quantity of metal ions accounted for 4.10 ^ a and t.% For titanium ions, 1.6.10 ^ at at. 2.14 at.% For neodymium ions, 35.8 at.% For yttrium ions, and 62.0 at.% For aluminum ions were melted in a 150 ml tungsten crucible under an atmosphere of 95 vol.% Argon and 5 vol. % hydrogen. Single crystals of 25 mm diameter yttrium aluminum garnet with a length of 80 mm were drawn from the melt at a speed of 1.2 mm / h, from which laser bars having a diameter of 6 mm and a length of 50 mm were made. The bars were used in a laser pulse generator without filtering light xenon lamps serving as a source of pumping light. The length of the pumping and output pulse of the free-running laser was approximately 0.2 ns at a repetition rate of 1-80 Hz and a lamp energy of 70 J / pulse. The bars produced from the single crystals exhibited an output energy of 650 mJ / pulse independently of the pulse frequency. By contrast, single crystal pulled from a melt containing less than a quarter of the content of chromium, and - less than half the content of the titanium to provide bars that repeated laser frequency higher than 35 Hz, showed reductions in output power.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CS833704A CS232172B1 (en) | 1983-05-25 | 1983-05-25 | Melody for neodymium-activated yttrium-aluminum garnets activated by neodymium ions, resistant to the formation of intermediate color centers |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CS833704A CS232172B1 (en) | 1983-05-25 | 1983-05-25 | Melody for neodymium-activated yttrium-aluminum garnets activated by neodymium ions, resistant to the formation of intermediate color centers |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CS370483A1 CS370483A1 (en) | 1984-05-14 |
CS232172B1 true CS232172B1 (en) | 1985-01-16 |
Family
ID=5377875
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CS833704A CS232172B1 (en) | 1983-05-25 | 1983-05-25 | Melody for neodymium-activated yttrium-aluminum garnets activated by neodymium ions, resistant to the formation of intermediate color centers |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CS (1) | CS232172B1 (en) |
-
1983
- 1983-05-25 CS CS833704A patent/CS232172B1/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CS370483A1 (en) | 1984-05-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5140604A (en) | Mixed strontium and lanthanide oxides and a laser using monocrystals of these oxides | |
US3152085A (en) | Rare ewarth orthovanadate optical maser materials | |
CA2106130A1 (en) | Quartz glass with reduced ultraviolet radiation transmissivity, method of its manufacture, and electrical discharge lamp using such glass | |
US4902654A (en) | Mixed lanthanide-magnesium aluminates and lasers using monocrystals of these aluminates | |
US5173911A (en) | Mixed silicates of yttrium and lanthanide and laser using monocrystals of these silicates | |
US4935934A (en) | Mixed lanthanide-magnesium gallates and laser using monocrystals of these gallates | |
CA2149953A1 (en) | Electric lamp having a fluorescence-suppressed quartz-glass envelope, and quartz glass therefor | |
CS232172B1 (en) | Melody for neodymium-activated yttrium-aluminum garnets activated by neodymium ions, resistant to the formation of intermediate color centers | |
US3405371A (en) | Fluorescent garnet compositions and optical maser devices utilizing such compositions | |
Kvapil et al. | Laser properties of yag: Nd, Cr, Ce | |
Kvapil et al. | Transient absorption and laser output of YAG: Nd | |
Mareš | Energy transfer in YAlG: Nd codoped with Ce | |
US3679597A (en) | Calcium containing silicate oxyapatite laser materials | |
Shur et al. | Optical properties of Er doped congruent and stoichiometric LiNbO3 single crystals | |
RU2084997C1 (en) | Single-crystal material for infrared lasers | |
Hubert et al. | U3+ new activator ion in various fluoride matrices for infrared laser: synthesis and optical properties | |
US3629136A (en) | Calcium yttrium silicate oxyapatite laser material containing holmium and chromiumions | |
CS259649B1 (en) | Process for preparing yttrium aluminum monocrystals | |
US3174938A (en) | Optical maser crystals | |
CS240135B1 (en) | Yttrituminous garnet with permanent laser properties | |
US3177157A (en) | Optical maser crystals | |
Kvapil et al. | Excited-state absorption and energy output of laser ruby | |
CS248386B1 (en) | Process for the preparation of monocrystals of lanthanide and / or yttrium aluminates with perovskite structure | |
CS253997B1 (en) | A method of growing perocite monocrystals of yttrium and / or lanthanide aluminates | |
Kvapil et al. | Spectral and laser properties of YAP: Nd grown in reducing atmosphere |