CS269349B1

CS269349B1 - Způsob přípravy yttrltohlinitého parovskitu pro lasery s vysokým průměrným výkonem

Info

Publication number: CS269349B1
Application number: CS887893A
Authority: CS
Inventors: Jiri Ing Drsc Kvapil; Bohumil Ing Csc Perner; Michal Ing Koselja; Josef Ing Csc Kvapil; Ivan Ing Boucek; Karel Ing Blazek
Original assignee: Kvapil Jiri; Perner Bohumil; Koselja Michal; Kvapil Josef; Boucek Ivan; Blazek Karel
Priority date: 1988-12-01
Filing date: 1988-12-01
Publication date: 1990-04-11
Also published as: CS789388A1

Abstract

Předmětem řeěení Je způeob připravy yttritohlinltóho perovskitu aktivovaného neodymem pro lasery s vysokým průměrným výkonem. Připravované monokrystaly ss pěstuji tažanlm z taveniny pod atmosférou obsahující volný,vodík s rozmezím parciálního tlaku od ÍO4 Pa do 10° Pa. načež se temperuji následujícím způsoDem. Nejprve ss temperuje ve vakuu o tlaku zbytkových plynů meněim než 0,1 Pa při teplotě 1500 až 1800 °C po dobu 2 až 18 hodin. Následuje temperace v atmosféře obsahujíc! volný kyslík o parciálním tlaku 104 až 10° Pa při teplotě 1400 až 1700 °C po dobu 5 až 24 hodin a nakonec ve vakuu o tlaku zbytkových plynů menělm Jak 0.1 Pa při teplotě 1100 až 1450 °C po dobu 3 až 25 hodin.

Description

Předmětem vynálezu Je způsob přípravy yttrltohlinitého pérovek!tu aktivovaného; ionty neodymu e velmi nízkou absorpcí na laserové emisní vlnové délce při dlouhodoíbéta intenzívním čerpání světlem výbojek, a proto vhodný pro lasery a vysokým průměrným výkonem.

Monokrystaly yttrltohlinitého perovekitu aktivivované neodymem, vykazují oproti všeobecně používaném yttritohlinitém granátu řadu laserových vlastností, které.usnadňují konstrukci laserů s výhodnými parametry. Jsou to polarizovaný výstup, možnost¹!dosažení kratších a silnějších pulsů v klíčovaném laseru a generace na celá řadě vlnových délek. Praktická použitelnost tohoto materiálu Je snižována přítomností řady poruch, z nichž tvorba barevných center při intenzívním optickém čerpání Je faktorem, který podstatně snižuje průměrný výstupní výkon laserů. Barevná centra indukovaná zářením zvyšují jak neaktivní absorpci v oblasti čerpání, tak i na laserové emisní vlnové délce, což zvyšuje jak termickou deformaci, tak 1 ztrátový koeficient laserových tyčí.

Uvedené nedostatky lze odstranit způsobem přípravy yttrltohlinitého perovekitu aktivovaného neodymem pro lasery s vysokým průměrným výkonem podle vynálezu, vyznačeného tím, že monokrystaly se pěstují tažením z taveniny pod atmosférou obsahující volný vodík o parciálním tlaku 10^ až 10$ Pa, potom se temperují ve vakuu o tlaku zbytkových plynů menším než 0,1 Pa při teplotě 1 500 až i 800 °C po dobu 2 až 18 hodin, dále v atmosféře obsahující volný kyslík o parciálním tlaku lO^až 10$ Pa při teplotě 1 400 až 1 700 °C po dobu 5 až 24 hodin a nakonec ve vakuu o tlaku zbytkových plynů menším než 0,1 Pa při teplotě 1 100 až 1 450 °C po dobu 3 až 25 hodin. Pěstováním v uvedených, silně redukčních podmínkách, se připraví monokrystaly zcela prosté železa, které relativně silně absorbuje v oblasti 1yum, avšak s nadbytkem kovových iontů, zejména yttria, což má za následek širokopásmovou absorpci. Nadbytek kovových iontů se odstraní vysokoteplotní vakuovou temperací, avšak část kyslíkových iontů Je nahražena barevnými F⁺ centry. Temperací v atmosféře s obsahem kyslíku se obsadí kyslíkem většina P⁺ center nebo aniontových vakancí, ale relativní nadbytek kyslíku se projeví navenek existencí barevných 0 iontů. Konečnou nízkoteplotní temperací ve vakuu dochází na povrchu monokrystalů k rozkladu oxidů, přičemž kyslík uniká a relativně malé atomy hliníku difundují do monokrystalu, kde jsou vázány 0 ionty, které se přeměňují na 0 ionty. Výsledná mřížka obsahuje kovové a kyslíkové ionty v přesně stechiometrickém poměru s nepatrným obsahem vakancí, což má za následek odolnost materiálu proti ozáření světlem výbojek, protože v něm prakticky nedochází k přenosu nositelů nábojů. V takto připravených monokrystalech se absorpcí fotonu na iontech neodymu převádí jeho elektrony jen do výše kvantových stavů, nikoliv do záchytných center mimo ionty neodymu a proto se energie fotonů využije jen k čerpání iontů neodymu a ne ku tvorbě barevných center.

Uvedeným způsobem lze proto připravit yttritohlinitý perovskit, aktivovaný ionty neodymu, který je mimořádně vhodný pro lasery s vysokým průměrným výkonem.

Příklad 1

Monokrystaly yttrltohlinitého perovekitu s obsahem 0,6 hmot. % neodymu byly pěstovány tažením z taveniny ve směru osy atmosférou obsahující 70 % obj. % Ar a 30 obj. % H₂ o celkovém tlaku 0,12 MPa. Po vypěstování byly monokrystaly rozřezány na hranolky o rozměrech 7x7x110 mm. Hranolky byly temperovány ve vakuu o tlaku zbytkových plynů 10“^ Pa při teplotě 1 720 °C po dobu 5 hodin. Touto temperací vymizel hnědý odstín, typický pro monokrystaly pěstované v redukční atmosféře, část hranolků byla zpracována na laserové tyče o průměru 5 mm a délce 100 mm. Při čerpání 5 M v laseru s výstupním zrcadlem o odrazivosti 92 % byl e těmito tyčemi získán výstupní výkon 60W. Větší část hranolků byla dále temperována na vzduchu při teplotě 1 520 °C po dobu 14 hodin. Zkušební laserová tyč takto temperovaných monokrystalů poskytla za stejných podmínek jako v předchozím případě pouze 3OW. Následující temperací ve vakuu o tlaku zbytkových plynů 10^-^ Pa při teplotě 1 310 °C po dobu 10 hodin se spektrální vlastnosti hranolků upravily natolik,

CS 269 349 Bl že laserové tyče z nich zhotovené umožnily získat v uvedeném laseru za stejných pednrf-“. nek výkon 1O5W. Při vynechání některé z uvedených tempered byl získán vždy materiál, s horéími laserovými vlastnostmi, než je uvedeno.

Příklad 2

Monokrystaly yttritohlinitého perovskitu s obsahem 1,85 hmot. % neodymu byly pěstovány tažením z taveniny ve směru krystalografické osy<001) pod. ochrannou atmosférou, obsahující vodík pod parciálním tlakem 3.10$Pa a helium pod parciálním tlakem 1,08.10$ Pa. Monokrystaly byly rozřezány na hranolky o velikosti 10x10x90 mm a tyto byly temperovány nejprve ve vakuu o tlaku zbytkových plynů 4.10^-2 Pa při teplotě 1 610 °C po dobu 12 hodin, potom v čistém kyslíku o tlaku 0,12 MPa při teplotě 1 550 °C po dobu 8 hodin a nakonec ve vakuu o tlaku zbytkových plynů 2.10“² Pa při teplotě 1 280 °C po dobu 20 hodin. Z temperovaných hranolů byly zhotoveny laserové tyče, které při čerpání energií 100 J v půlením laseru a frekvencí puleů 80 Hz vykazovaly výstupní energii 3,1 + 0,3 J. Tyče zhotovené z hranolů temperovaných jakýmkoliv jiným postupem vykázaly v uvedeném pulsním laseru výstupní energii o^ 27% nižěí, kdežto při frekvenoi puleů l-2Hz vykazovaly například tyče z hranol! temperovaných pouze ve vakuu při teplotě 1 610 °C etejné laserové vlastnosti jako tyče z hranolů temperovaných postupně ve vakuu, kyslíku a vakuu při snížené teplotě.

Claims

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

Způsob přípravy yttritohlinitóho perovskitu aktivovaného ionty neodymu pro lasery s vysokým průměrným výkonem, vyznačující se tím, že monokrystaly se pěstují tažením z taveniny pod atmosférou obsahující volný vodík o parciálním tlaku 10^ až 10 Pa, potom se temperují ve vakuu o tlaku zbytkových plynů meněím než 0,1 Pa při teplotě 1 500 až 1 800 °C po dobu 2 aŽ 18 hodin, dále v atmosféře obsahující volný kyslík o parciálním tlaku 10⁴ až 10$ Pa při teplotě 1 400 až 1 700 °C po dobu 5 až 24 hodin a nakonec ve vakuu o tlaku zbytkových plynů meněím než 0,1 Pa při teplotě 1 100 až 1 450 °C po dobu 3 až 25 hodin.