CS239207B1 - Způsob zvýšení průchodnosti světla povrchem monokrystalu yttritohlinitého granátu - Google Patents

Abstract

Způsob zvýšení průchodnosti světla povrchem monokrystalu yttritohlinitého granátu, což má za následek zvýšení výkonů lazerů i dalších přístrojů, využívajících prvky monokrystalů yttritohlinitého granátu jako optické díly, čehož se dosahuje tim, že broušením nebo leštěním opracovaný monokrystal se uvede ve styk s 1 objemovým dílem kyseliny dusičné o koncentraci 20 až 35 mol. % a po 1 až 5 min jejího působení se přidá 2 až 5 objemových dilů vodného roztoku, obsahujícího A mol. % kyseliny sírové a B mol. % kyseliny fosforečné, kde 90—A 50í A 90,B £--------------------- a A + B^-70, 2 výsledná směs spolu s monokrystalem se udržuje při teplotě 5θ až 9θ °C po dobu 1 až 7 min, načež se monokrystal opláchne vodou a po usušení se za 30 až 300 min zahřeje na teplotu 400 až 1 600 °C, na které se udržuje po dobu 30 až 300 min.

Description

výsledná směs spolu s monokrystalem se udržuje při teplotě 5θ až 9θ °C po dobu 1 až 7 min, načež se monokrystal opláchne vodou a po usušení se za 30 až 300 min zahřeje na teplotu 400 až 1 600 °C, na které se udržuje po dobu 30 až 300 min.

239 20?

239 207

Vynález se týká způsobu zvýšení průchodnosti světla povrchem monokrystalů yttritohlinitého granátu, čímž se umožňuje zvýšit účinnost všech zařízení, využívajících průchodu světla povrchem těchto monokrystalů.

Monokrystaly yttritohlinitého granátu aktivované ionty vzácných zemin, zejména neodymem, nacházejí stále větší využití jako laserové aktivní materiály. Energetická účinnost laseru, ve kterém je jako aktivní materiál použit yttřítohlinitý granát, závisí na celé řadě aparaturnich a materiálových faktorů. Velmi důležitým faktorem je schopnost aktivního materiálu propouštět čerpací světlo svým povrchem. Aktivní materiál je obvykle opracován do tvaru válcové tyče, přičemž Čerpací světlo prochází při funkci laseru válcovým povrchem. Opracování ge provádí brusivý z materiálů, jako jsou nitrid boru, karbid boru a diamant, jejichž zbytky jsou na opracovaném povrchu relativně pevně vázány. Vzhledem k vysokému indexu lomu omezují zbytky brusiv prostup světla do aktivního materiálu, a tím snižují účinnost laseru. Podobné platí i pro leštěné čelní plochy laserových tyčí, kde přítomnost zbytků brusiv, respektive leštiv způsobuje širokoúhlý rozptyl snižující účinnost rezonátoru. Válcovou část lze leptat celou řadou chemických činidel, ale za cenu, že jinak optimální matový povrch, zaručující rovnoměrné čerpání tyče a májou úroveň odrazu světla

- 2.239 207 při jeho dopadu pod malými úhly, ee mění v povrch lesklý. Leštěné čelní plochy lme leptat jen za použití náročných prostředků, jakým je například iontové bombardování.

Tyto potíže lze odstranit zvýšením průchodnosti světla povrchem monokrystalů yttritohlipitého granátu způsobem podle vynálezu, jehož podstata spočívá^» tom, že broušením nebo leštěním opracovaný raonokryStal-ee uvede ve styk s 1 obj. dílem kyseliny dusičné o koncentraci 20 až 35 % molárních, po 1 až 5 min působení se přidá 2 až 5 dbj. dílů vodného roztoku obsahujícího Λ molárníoh % kyseliny sírové a B molárních % kyseliny fosforečné, kde 50< A<£ 90, B<£ θ°~Α _a 2

A + B>70 a výsledná směs se spolu s monokrystalem udržuje na teplotě 50 až 90 °C po dobu 1 až 7 min, načež se monokiystal opláchne vodou a po osušení se za 30 až 300 min zahřeje na teplotu 400 až 1600 °C, na které se udržuje po dobu 30 až 300 min.

Kyselina sírová, případně její směs s kyselinou fosforečnou uvedených koncentrací může rozpouštět jen slabou povrchovou vrstvu, jejíž vnitřní energie je zvýSena deformací, způsobenou opracováním, což právě postačí k uvolnění zbytků brusiv, respektive leštiv.To platí zejména pro čerstvě opracové výrobky, u nichž postačí samotná kyselina sírová. Po době 2 až 4 týdnu od opracování je vhodnější použít směsi kyseliny sírové a fosforečné. Charakter jemně broušeného nebo leštěného povrchu zůstává neporušen, ačkoli propustnost .světla pronikavě vzrůstá, což se například u laserových tyčí projeví podstatným zvýšením jakosti, respektive účinností laseru, v němž jsou použity. Kyselina dusičná při uvedeném postupu rozpouští případné kovy z brusiv^ respektive brusných nástrojů, které koncentrovaná kyselina sírová a fosforečná rozpouštějí obtížně. Povrch monokrystalů upravený působením Iqrselin však vykazuje zvýšenou adsorpční schopnost, což se v praxi projevuje tím, že se snadno znečistí, například nečistotami z chladící vody laseru, čímž klesá i propustnost světla. Proto je nutné po oschnutí povrch monokrystalu v co nejkratší době stabilizovat zahřádím na teplotu 400 až 1600 °C.

- 3 239 207

Způsobe® podle vynálezu tak lze zvýšit propustnost světla povrchem monokrystalů yttritohlinitého granátu, což má značný praktirký význam pro lasery i pro další přístroje, využívající prvky z tohoto materiálu jako optické díly.

Příklad 1

Monokrystal, yttritohlinitého granátu aktivovaný ionty neodymu byl zpracován na 6 válečků o průměru 5 mm a délky 51 mm. Ze dvou kusů byly dále bez další úpravy zhotoveny laserové tyče o průměru 5 mm a délce 50 mm, které byly na čelních plochách opatřeny antireflexními vrstvami pro svět lo o vlnové délce 1063 nm. V kontinuálním laseru, vybaveném kryptonovou výbojkou a pozlaceným reflektorem tvaru eliptického válce a zrcadly rezonátoru o reflektivitě 99,8 % a 95 %, bylo s oběma tyčemi docíleno výkonu 21 W při příkonu výbojky

2,2 kW. Další dvě tyče po opracování byly ponořeny do 50 ml kyseliny dusičné o koncentraci 29 % molárních. Po 3 minutách bylo do nádoby s kyselinou dusičnou přidáno 180 ml směsi, obsahující vedle vody 70 % molárních kyseliny sírové a 6,5 % molárních kyseliny fosforečné. Výsledná směs byla s tyčemi zahřívána na teplotu 75 °C po dobu 4,5 min, potom byly tyče opláchnuty destilovanou vodou, opatřeny na čelních plochách antireflexními vrstvami a vyzkoušeny stejným způsobem jako prvé dvě. Bylo docíleno výkonu laseru 27 W, který se po 7 h ustálil na 22 W. Třetí dvě tyče byly opraco-vány jako druhé dvě tyče s tím rozdílem, že za 200 min po opláchnutí vodou byly zahřívány na teplotu 1200 °C po dobu 60 min. Při měření v laseru vykázaly podslední dvě tyče trvalý výkon 28,5 W. Pokles výkonu po 200 h provozu byl způsoben stárnutím výbojky a po její výměně za novou byl opět docílen výkon laseru

28,5 W.

Příklad 2

S laserovou tyčí z yttritohlinitého granátu aktivovaného ionty nedoymu, o průměru 6 mm a délce 60 mm byla v impulsním laseru dosažena výstupní energie 210 mJ při čerpání 2,5 J

239 207

Tato tyS byla vložena do 1 dílu kyseliny dusičné o koncentraci 63 % molárních, ke které byly po 2 min přidány 4 díly kyseliny sírové o koncentraci 92 % molárních a 0,09 dílu kyseliny fosforečné o konoentraci 89 % molárních a směs zahřátá na teplotu 95 °C,na níž byla udržováno po dobu 1,9 mih. Potem byla tyč opláchnuta studenou vodou a ihned po oschnutí vložena do pícky, kde během 90 min byla zahřáta na teplotu 600 ^eC, na níž byla udržována po dobu 180 min. Po ochladnutí byla tyč znovu vyzkoušena ve stejném laseru, kde bylo při stejném čerpání jako před úpravou dosaženo výstupní energie 289 mJ.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   239 207

   Způsob zvýšení průchodnosti světla povrchem monokrystalů yttritohlinitého granátu, vyznačený tím, že broušením a/nebo leštěním opracovaný monokrystal se uvede ve styk s 1 objemo vým dílem kyseliny dusičné o koncentraci 20 až 35 % molárních, po 1 až 5 min jejího působení se přidá 2 až 5 objemových dílů vodného roztoku, obsahujícího A molárních % kyseliny sírové a

   B molárních % kyseliny fosforečné, kde

   90-A

   5O^A^9O, —--_f a + B > 70, výsledná směs se spolu s monokrystalem udržuje při teplotě 50 až 90 °C po dobu 1 až 7 min, načež se monokrystal opláchne vodou a po osušení se za 30 až 300 min zahřeje na teplotu 400 až 1600 °C, na které se udržuje po dobu 30 až 300 min.