DE69726806T2 - Festkörper lasermaterial - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft die Quantumelektronik, nämlich Materialien für Lasertechniken, und ist für die Anwendung in Halbleiterlasern mit einer Wellenlänge einer stimulierten Emissionsstrahlung im Spektralbereich von 2,8 Mikrometer bis 3,1 Mikrometer geeignet.
• Lasermaterial auf der Basis von Halogen-Alkalimetall-Kristallen ist bekannt. Diese Kristalle können als aktive Medien für Laser mit einer kontinuierlich abstimmbaren Emissionswellenlänge im Drei-Mikrometer-Spektralbereich eingesetzt werden. [O. Svelto "Principles of lasers", Moskau, Herausgeber Mir, (1990), S. 560]. Auf Cl : KCl und Li : RbCl Kristallen mit FA-Spitzen arbeiten Laser, die mit Wellenlängenintervallen von jeweils 2,5– 2,9 Mikrometern und 2,7–3,3 Mikrometern strahlen.
• Die Begrenzungen der Halogen-Alkalimetall-Kristalle sind eine hohe Löslichkeit dieser Kristalle in Wasser sowie ein Zerfall der FA-Spitzen bei Temperaturen über 200 K. Diese Faktoren behindern eine praktische Anwendung dieser Kristalle in Lasern mit einer kontinuierlich abstimmbaren Emissionswellenlänge.
• Es ist ein Material auf der Basis von Kristallen mit Granitstruktur mit einer Zusammensetzung bekannt, die mit der folgenden chemischen Formel beschrieben wird: {Y,Er,Se}₃[Sc,Ga,Cr]₅(Ga)₃O₁₂
• [E. V. Zharikov, N. N. Il'ichev, S. P. Kalitin, V. V. Laptev, A. A. Saidov, V. A. Smirnov, I. A. Shcherbakov, A. F. Umyskov, "Spectral-luminescence and lasing properties of the chromium and erbium doped yttrium-scandium-gallium garnet", Kvantovaya Elektronika, 1986, Bd. 13, Nr. 5, S. 975–979]. Das angegebene Material wird in Lasern verwendet, die mit einer Wellenlänge von 2,8 Mikrometer ausstrahlen. Bei diesem Material ergaben sich die folgenden Laserparameter: die Laserschwelle beträgt 50 J, die differentiale Neigungseffizienz des Laserns beträgt 1% für einen Laserbetrieb im Freilaufmodus, bei 300 Mikrosekunden Pumpimpulsdauer und bei 30% Reflexion eines Ausgangsspiegels (R = 30%). In einem ein Zerstreuelement enthaltenden Hohlraum erfolgte das Lasern auf den separaten Stark-Übergängen auf sechs Wellenlängen: 2,64 Mikrometer, 2,70 Mikrometer, 2,80 Mikrometer, 2,83 Mikrometer [L. A. Kulevskii, A. V. Lukashev, P. P. Pashinin, "Manywavelength lasing at Cr : Er; YSGG crystal in the dispersion cavity", aus Proceedings of All Union Conference "Physics and Applications of Solid State Lasers", 16.–17. April 1990, Moskau, FIAN, S. 40–41].
• Der Mangel des bekannten Lasermaterials besteht darin, dass es im Prinzip unmöglich ist, auf Er³⁺-Ionen enthaltenden Kristallen mit Granitstruktur eine stimulierte Strahlung mit einer kontinuierlich abstimmbaren Laserwellenlänge zu erzielen. Der Grund hierfür ist der, dass die Er³⁺-Ionenlumineszenzspektren aus den separaten Peaks bestehen und Er³⁺-Ionen einen kleinen Querschnittswert des ⁴I_11/2 → ⁴I_13/2 Laserübergangs in den Intervallen zwischen den Lumineszenzpeaks haben.
• Es sind auch Aluminiumgranitkristalle bekannt, die mit Holmiumionen
  {Lu,Yb,Ho}₃[Al,Cr]₂(Al)₃O₁₂ dotiert sind [A. A. Kaminskii, A. G. Petrosyan, "Sensibilized stimulated radiation on the three micrometers self-saturation transitions of Ho³⁺ and Er³⁺ ions in Lu₃ Al₅ O₁₂ crystals", Izv. AN SSSR, aus der Serie Neorganicheskie Materialy, Bd. 15, Nr. 3 (1979) S. 543–544]. Die stimulierte Strahlungsemission am eigengesättigten Drei-Mikrometer-Übergang ⁵I₆ → ⁵I₇ von Holmiumionen wurde für die nächsten Aluminiumgranitkristalle realisiert, die die Ho³⁺ Ionen enthalten:
• 1. Ein {Lu,Ho}₃[Al]₂(Al)₃O₁₂ Kristall, Ho³⁺-Ionen liegen in einem Anteil von 0,15 bis 0,3 vor;
• 2. Ein {Lu,Yb,Ho}₃[Al]₂(Al)₃O₁₂ Kristall, Ho³⁺- und Yb³⁺-Ionen liegen jeweils in einem Anteil von 0,3 und 0,3 vor;
• 3. Ein {Lu,Yb,Ho}₃[Al,Cr]₂(Al)₃O₁₂ Kristall, der Anteil von Ho³⁺, Yb³⁺ und Cr³⁺ Ionen liegt jeweils bei 0,3, 0,3 und 0,006.
• Lasern wurde bei 60 Mikrosekunden Pumpimpulsdauer mit einer Xe-Lampe in einem konfokalen (600 mm) Optikhohlraum erzielt, kombiniert mit dielektrischen Spiegeln. Die Laserschwelle betrug 40–60 für (I)-Kristalle und 10–11 J für (2) und (3) Kristalle. Eine Verringerung des Schwellenwertes wurde durch Zugabe der Yb³⁺- und Cr³⁺-Ionen im Kristall erzielt.
• Eine der wesentlichen Beschränkungen dieses Lasermaterials ist die, dass die stimulierte Strahlungsemission ausschließlich bei einer Wellenlänge von 2,946 Mikrometern erzielt wurde.
• Ein Lasermaterial mit einer Granitstruktur mit der chemischen Formel:
  {Y,Sc,Yb,Ho}₃[Sc,Yb,Ga,Cr]₂(Ga)₃O₁₂, die Ho-Ionen in einem Anteil von nicht mehr als 0,013 enthält, kann als Prototyp für die vorgeschlagene Erfindung eingesetzt werden. [Yu. D. Zavartsev, V. V. Osico, S. G. Semenkov, P. A. Studenikin, A. P. Umyskov, "Cascade lasing on Ho³⁺ ions in the Cr³⁺: Yb³⁺ : Ho³⁺ : YSGG yttrium scandium gallium garnet crystals", Kvantovaya Elektronika, Bd. 20, Nr. 4 (1993), S. 366–370]. Der Laserbetrieb wurde gemäß dem Kaskadenschema ⁵I₆ → ⁵I₇ → ⁵I₈ an den Ho³⁺-Ionen in den {Y,Sc,Yb,Ho}₃[Sc,Yb,Ga,Cr]₂(Ga)₃O₁₂ Kristallen der Granitstruktur erzielt, die einen Anteil von 0,012 Ho³⁺-Ionen enthielten. Die stimulierte Strahlungsemission wurde an mehreren Wellenlängen für den Drei-Mikrometer-Spektralbereich demonstriert (⁵I₆ → ⁵I₇ Übergang eines Ho³⁺-Ions). Die stärksten Peaks lagen bei 2,84, 2,89 und 2,93 Mikrometern vor, die Laserschwellen betrugen jeweils 16 J, 20 J und 24 J bei einer Pumpimpulsdauer von 350 Mikrosekunden. Lasern erfolgte ausschließlich auf einer Wellenlänge von 2,08 Mikrometern, für einen Zwei-Mikrometer-Spektralbereich (⁵I₇ → ⁵I₈ Übergang eines Ho³⁺ Ions). Die Laserschwelle betrug 49 J.
• Die Mängel des Prototyps waren: a) eine geringe Lasereffizienz im Drei-Mikrometer-Spektralbereich, die durch einen Aufwärtskonvertierungsprozess begrenzt war und die Neigungslasereffizienz auf maximal 0,1% begrenzte; und b) die Unmöglichkeit, eine kontinuierlich abstimmbare Laserwellenlänge in einem großen Spektralbereich zu realisieren.
• Technisches Ziel der Erfindung ist eine Zunahme des Verstärkungskoeffizienten von Lasermaterial, eine Abnahme des Laserschwellenwertes, eine Erhöhung der Neigungseffizienz von Lasern im Drei-Mikrometer-Spektralbereich und eine Erweiterung der technischen Betriebsmittel zur Realisierung einer Laserstrahlenemission mit abstimmbarer Wellenlänge im Bereich von 2,8 Mikrometer bis 3,1 Mikrometer, einschließlich Laserbetriebsmittel, die in Oszillator- und Kurzimpulsverstärkungsmodi im Spektralbereich von 2,8 bis 3,1 Mikrometern arbeiten. In den spezifischen Ausgestaltungen ist es auch Ziel der Erfindung, Kristallreißen zu eliminieren, Streuung zu senken, die Strahlungshaltbarkeit zu erhöhen, die passive Absorption im Spektralbereich von 0,8 bis 1,3 Mikrometern zu senken.
• Ein technisches Ergebnis wird infolge einer Abnahme der Effizienz des Aufwärtskonversionsprozesses der Ho³⁺-Ionen erzielt, die aus der erhöhten Holmiumkonzentration im Kristall im Vergleich zum Prototyp resultierte. Eine Abnahme der Effizienz des Aufwärtskonvertierungsprozesses der Holmiumionen führt zu einem Anstieg der Effizienz des Drei-Mikrometer-Laserkanals von Holmium im vorliegenden Material im Vergleich zu Analogen und zum Prototyp. Eine hohe Effizienz des Holmium-Drei-Mikrometer-Laserkanals ist eine Voraussetzung für eine Realisierung der durch Ho³⁺-Ionen stimulierten Emissionsstrahlung mit einer kontinuierlich abstimmbaren Emissionswellenlänge im Spektralbereich von 2,8 bis 3,1 Mikrometern.
• In spezifischen Ausgestaltungen wird das technische Ergebnis, nämlich eine Zunahme der Neigungseffizienz, eine Abnahme des Laserschwellenwertes sowie ein Anstieg des Verstärkungskoeffizienten von Lasermaterial infolge der Erhöhung der Strahlungshaltbarkeit, Eliminierung von Kristallreißen, Streuungsabnahme sowie Abnahme der passiven Absorption im Spektralbereich von 0,8 bis 1,3 Mikrometern des präsentierten Materials im Vergleich zum Prototyp durch einen Zusatz von wenigstens einem Element aus der folgenden Gruppe zu dem Material erzielt: Li, Be, B, Na, Ca, Mg, Si, K, Ti, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ge, Rb, Sr, Zr, Nb, Mo, W, Ta, Hf, Bi. Strahlungshaltbarkeit und passive Absorption werden anhand einer Lücke im Sauerstoffsubgitter eines Kristalls ermittelt. Diese Lücken entstehen infolge eines Galliummangels in Kristallen mit Granitstruktur. Ein Galliummangel ist eine inhärente Eigenschaft der Galliumgranite. [S. E. Stokowski, M. H. Randles und R. S. Morris "Growth and Characterization of Large Nd, Cr: GSGG Crystals for High-Average-Power Slab Lasers", IEEE Journal of Quantum Electronics, Bd. 24 (1988), S. 934–948]. Ein Zusatz der notwendigen Menge von Ionen mit den stabilen +4, +5 Oxidationsgraden zum Lasermaterial (z. B. Zugabe von Si, Ti, V, Mn, Zr, Nb, Mo, Ta, Hf, Bi, W) ermöglicht eine Verringerung der Sauerstofflücken im Kristall. Eine Zugabe der notwendigen Menge ein- und zweiwertiger Verunreinigungen zum Lasermaterial, wie z. B. Li, Mg, Ca, Na, B, Fe, Co, Ni, K, Cu, Be, Ge, Rb, Zn, Sr, verhütet Kristallreißen, das durch eine Differenz zwischen dem Ionenradius von Lücken und Ionen von Elementen induziert wird.
• Das Lasermaterial auf der Basis der bekannten Kristalle der Granitstruktur, repräsentiert durch die chemische Formel {A,Ho}₃[B]₂(C)₃O₁₂,
  wobei A Yb und wenigstens ein Element aus der Gruppe Y, La, Ce, Gd, Lu, Sc, Tb, Eu ist;
  Ho ein Holmiumelement ist:
  B wenigstens ein Element aus der Gruppe Sc, Ga, In, Lu, Al, Gd, Yb, Y, Cr, Tb, Eu ist;
  C Ga oder eine Zusammensetzung der Ga- und Al-Elemente ist, wobei die Menge an Al nicht mehr als die Hälfte der Verbindung beträgt;
  wird durch den Holmiumgehalt im vorgeschlagenen Material im Anteil von 0,025 bis 2,95 differenziert.
• Eine Untergrenze des Holmiumgehalts wird auf dem Grundsatz definiert, dass, wenn der Ho-Anteil geringer ist als 0,025, eine Lasereffizienz durch eine Erhöhung eines Aufwärtskonvertierungsprozesses vernachlässigbar wird, infolgedessen der metastabile Zustand bestehend aus den oberen ⁵S₂ und ⁵F₄ Ho³⁺ Ionenlevel belegt wird. Infolge einer Laserneigungseffizienz wird klein (kleiner als 0,1%). Das Lasermaterial gemäß der Erfindung ist Anspruch 1 zu entnehmen.
• Eine Obergrenze des Holmiumgehalts wird auf dem Grundsatz definiert, dass bei einem Ho-Anteil von mehr als 2,95 die Effizienz eines Pumpenergietransfers von Ytterbium- zu Holmiumionen sinkt, was zu einem scharfen Rückgang einer Neigungseffizienz auf 0,1% führt.
• Lasermaterial mit Holmium in der bezeichneten Menge umfasst zusätzlich wenigstens ein Element aus der Gruppe Li, Be, B, Na, Ca, Mg, Si, K, Ti, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ge, Rb, Sr, Zr, Nb, Mo, W, Ta, Hf Bi im Anteil von 1 × 10¹⁷ cm^–3 bis 5 × 10²⁰ cm^–3.
• Eine Untergrenze für diese Elemente wird auf dem Grundsatz definiert, dass unter der bezeichneten Grenze das technische Ergebnis bestehend aus Verhütung von Kristallreißen, Zunahme der Strahlungshaltbarkeit und Abnahme einer passiven Absorption im Spektralbereich von 0,8 bis 1,3 Mikrometern bei Konzentrationen nicht erzielt wird.
• Eine Obergrenze für diese Elemente wird durch eine höchstmögliche Konzentration in Kristallen der Granitstruktur definiert. Die Unterbrechung der Granitstruktur tritt dann auf, wenn die Elementkonzentrationen eine bezeichnete Grenze übersteigen.
• 1 zeigt die Abhängigkeit der Laserenergie eines N 3 Kristalls von der Pumpenergie für einen Betrieb im Freilaufmodus bei einer Pumpimpulsdauer von 300 Mikrosekunden und beim unterschiedlichen Reflexionsvermögen eines Ausgangsspiegels (R)(Kurve 1 ist für R = 30% und Kurve 2 für 80%). Zum Vergleich zeigt 1 die Ergebnisse der Untersuchungen, die unter denselben Bedingungen des Laserexperiments für ein aktives Element derselben Größe erfüllt sind, hergestellt aus dem {Y,Er,Sc}₃[Sc,Cr,Ga]₂ (Ga)₃O₁₂ Kristall (Kurven 3 und 4 für R = 30% bzw. R = 80%). Dieses Kristall ist ein oben erwähntes zweites Analog.
• Ein Vergleich der Energiecharakteristiken der Laser zeigt, dass bei den verschiedenen Reflexionskoeffizienten der Ausgangsspiegel der Laser auf dem N 3 Kristall eine geringere Laserschwelle und die beste Effizienz bei einem niedrigen Pumpniveau im Vergleich zum {Y,Er,Sc}₃[Sc,Cr,Ga]₂(Ga)₃O₁₂ Analog hat. Ferner ist die Laserschwelle des N 3 Kristalls in geringerem Maße von einem Reflexionskoeffizienten des Ausgangsspiegels abhängig, was auf den höheren Verstärkungskoeffizienten und demgemäß auf den höheren Querschnitt eines Transfers hinweist.
• 2 zeigt die Abhängigkeit des Verstärkungskoeffizienten im N 3 Kristall (Kurve 1) und dem Er³⁺ : {Y,Sc}₃[Sc,Cr,Ga]₂(Ga)₃O₁₂ Kristall (Kurve 2) von der Pumpenergie. Das N 3 Kristall hat einen höheren Verstärkungsfaktor.
• 3 zeigt die Abhängigkeit der Laserschwelle des N 6 Kristalls von der Emissionswellenlänge für einen völlig undurchlässigen Hohlraum (Kurve 1) und für einen Hohlraum mit dem Ausgangsspiegel, charakterisiert durch R = 30% (Kurve 2). Die erhaltenen Daten zeigen, dass eine kontinuierliche Abstimmung der Emissionswellenlänge im Bereich 2,83–3,05 Mikrometer für einen völlig undurchlässigen Hohlraum (Kurve 1) und im Bereich 2,84–3,00 Mikrometer möglich war, wenn das Reflexionsvermögen des Ausgangsspiegels 30% betrug (Kurve 2). Die Breite der Emissionslinie lag unter 30 nm.
• 4 zeigt die Ausgangsenergie des Laserbetriebs am N 5 Kristall gegenüber der Pumpenergie für einen Betrieb im Freilaufmodus bei Emission auf den verschiedenen Wellenlängen: (Kurve 1 bei 2,988 μm, Kurve 2 bei 2,856 μm, Kurve 3 bei 2,940 μm, Kurve 4 bei 2,892 μm). Die Pumpimpulsdauer betrug 300 Mikrosekunden, das Reflexionsvermögen des Ausgangsspiegels 60%. Zum Wählen der Wellenlänge der Ausgangsstrahlung wurde das Ge-Prisma im Laserhohlraum als Zerstreuelement verwendet. Die geringere Lasereffizienz gegenüber einer Erzeugung ohne Zerstreuelement wurde mit Zwei-Photon-Absorption im Prismamaterial und mit Verlusten an den Prismaflächen infolge einer Depolarisation von Strahlung assoziiert. Diese technischen Probleme liegen jedoch nicht beim Lasermaterial und können durch Verwenden eines geeigneten Prismamaterials und Optimieren der Hohlraumkonfiguration vermieden werden.
• Das Wachstum der Kristalle mit Granitstruktur erfolgte durch ein herkömmliches Verfahren des Ziehens aus einer Schmelze. So wurde beispielsweise zur Herstellung des Granitkristalls Gadolinium-ytterbium-holmium-yttrium-terbium-scandium-gallium, repräsentiert durch die chemische Formel {Gd,Yb,Ho,Y,Tb,Sc}₃[Sc,Ga]₂(Ga)₃O₁₂, zusätzlich mit Silicium und Magnesium, auf die folgende Weise verwendet:
• Oxidausgangsmaterialien aus Gadoliniumoxid, Ytterbiumoxid, Holmiumoxid, Yttriumoxid, Terbiumoxid, Scandiumoxid, Galliumoxid wurden präzise gemischt, zu Tabletten gepresst und in einem Platinschmelzofen 10 Stunden lang bei 1200°C synthetisiert. Danach wurden die Tabletten in einem Iridiumschmelzofen in einer hermetisch geschlossenen Kammer in einer Atmosphäre aus 98 Vol.-% N₂ +2 Vol.-% O₂ durch Induktionserhitzen geschmolzen. Vor einem Kristallwachstumsprozess wurden der Schmelze Silicium- und Magnesiumoxide zugegeben. Die Kristalle wurden aus der Schmelze mit einem Volumen von 300 cm³ mit einer Kristallzugrate von 4 mm/Std und einer Rotationsgeschwindigkeit von 40 Umdrehungen pro Minute gezogen. Die gewachsenen Kristalle wurden allmählich über 40 Stunden nach einem Wegreißen von der Schmelze auf Raumtemperatur abkühlen gelassen.
• Die Beispiele der spezifischen Zusammensetzungen der Wachstumskristalle und des Prototyps gehen aus Tabelle 1 hervor.
• Die experimentellen Untersuchungen der Lasercharakteristiken erfolgten an aktiven Elementen, die von den gewachsenen Kristallen erzeugt wurden. Das aktive Element war ein Stab mit 4 mm Durchmesser und 55 mm Länge. Laserstäbe derselben Größe wurden aus dem {Y,Sc,Yb,Ho}₃[Sc,Yb,Ga,Cr]₂(Ga)₃O₁₂ Prototyp und {Y,Er,Sc}₃[Sc,Cr,Ga]₂(Ga)₃O₁₂ Analogkristallen (es gibt ein Analog, das keine Holmiumionen enthält, aber die besten Laserparameter der Drei-Mikrometer-Spektralbereichsgeneration unter den bekannten Kristallen mit Granitstruktur hat) zum Vergleichen der Laserparameter hergestellt. Die Laserstäbe hatten planparallele Enden ohne Antireflexionsbeschichtung. Die Kapazität der Speicherkondensatoren betrug 200 μF. Der Laserstab wurde durch eine INP-5/45 Flash-Lampe in einem elliptischen Schmelzsilica-Gehäuse mit einer Größe von 28 × 30 × 50 mm geleitet. Die Länge des beleuchteten Teils des Kristalls, durch das Licht beeinflusst, betrug 48 mm. Das System wurde mit einer 0,1%-igen Lösung aus destilliertem Wasser mit Kaliumdichromat gekühlt.
• Zum Lasern mit den separaten Wellenlängen des Drei-Mikrometer-Spektralbereichs wurde ein Laserhohlraum von 200 mm Länge verwendet. Ein Hohlraum wurde von einem sphärischen Kupferspiegel (Krümmungsradius 1000 mm) und einem dielektrischen Spiegel gebildet, der entweder plan mit R = 30% oder sphärisch (Krümmungsradius 1000 mm) mit R = 80% war.
• Unter den beschriebenen Bedingungen der Laserexperimente hatte der Laser auf der Basis eines holmiumdotierten Kristalls mit Granitstruktur eine niedrigere Laserschwelle und eine höhere Effizienz bei niedrigen Pumpraten im Vergleich zu einem erbiumhaltigen Kristall (1), und hatte darüber hinaus einen höheren Verstärkungsfaktor und somit einen größeren Übergangsquerschnitt. Beim Laserbetrieb waren mehrere Stark-Sublevels am ⁵I₆ → ⁵I₇ Übergang beteiligt. Die Laserwellenlängen betrugen: λ₁ = 2,842 μm, λ₂ = 2,888 μm, λ₃ = 2,926 μm, λ₄ = 2,962 μm, λ₅ = 2,973 μm, λ₆ = 3,057 μm. Die Ausgangsenergie wurde zwischen diesen Wellenlängen im Verhältnis jeweils entsprechend 11%, 7%, 44%, 18% und 2% verteilt. Die Messungen erfolgten ohne Berücksichtigung der Differenz zwischen der Absorption bei diesen Wellenlängen in Luft über einen Lichtweg von 2,5 m Länge.
• Der Verstärkungsfaktor für ein aktives Medium wurde anhand der Werte einer Pumpenergieschwelle errechnet, die für verschiedene Reflexionskoeffizienten der Ausgangsspiegel erhalten wurde. Die Ergebnisse der Berechnung der Verstärkungsfaktoren bei 25 J Pumpenergie für Kristalle mit unterschiedlichen Zusammensetzungen sind in 2 dargestellt und in Tabelle 2 zusammengestellt.
• Zum Lasern mit kontinuierlicher Abstimmung der Emissionswellenlänge im Bereich 2,81 μm bis 3,1 μm wurde ein Laserhohlraum mit einem dielektrischen Planspiegel mit R = 99,8% und einem Kupferspiegel oder einem dielektrischen Spiegel jeweils mit R = 30% bzw. R = 60% gebildet. Ein Ge-Prisma wurde als Zerstreukomponente im Hohlraum verwendet. Die Spiegelrotation wurde zum Abstimmen der Wellenlänge der Ausgangsstrahlung verwendet. Die Strahlung traf im Brewster-Winkel auf die Prismafläche auf und erreichte nach einer Teilreflexion von der Fläche einen Fotodetektor, der zum Überwachen der Laserschwelle verwendet wurde. Ein He-Ne-Laserstrahl wurde auf den Spiegel gerichtet, der zum Abstimmen der Emissionswellenlänge des Kristalllasers verwendet wurde. Die Emissionswellenlänge wurde von der Position des reflektierten He-Ne-Strahls auf einer speziellen Skala abgeleitet. Eine Skala wurde mit einem Monochromator und einem Fotodetektor beim Lasern mit einem Ausgangsspiegelhohlraum von R = 30% kalibriert. Für einen völlig undurchlässigen Hohlraum, der mit Ausgangsspiegeln mit R = 99,8% gebildet wurde, lässt ein Laser eine kontinuierliche Abstimmung der Ausgangsstrahlungswellenlänge im Bereich 2,83 μm–3,05 μm zu. Wenn der Reflexionskoeffizient des Ausgangsspiegels 30% betrug, dann war eine kontinuierliche Abstimmung der Emissionswellenlänge im Bereich 2,84–3,00 μm möglich (siehe 4). Die Breite der Laserlinie war geringer als 0,03 μm.
• Zum Vergleich sind die Charakteristiken der gewachsenen Kristalle und des Prototyps sowie die Ergebnisse des Lasertests in Tabelle 2 dargelegt.

Claims (1)

1. Lasermaterial für einen Festkörperlaser, der im Wellenlängenbereich von 2,8 μm bis 3,1 μm ausstrahlt, wobei das genannte Lasermaterial auf einem Ho enthaltenden Kristall mit Granatstruktur basiert und wobei das genannte Kristall die chemische Formel {A_3–x,Ho_x}[B]₂(C)₃O₁₂ hat, wobei A eine Verbindung von Yb mit wenigstens einem Element aus der Gruppe Y, La, Ce, Gd, Lu, Sc, Tb, Eu ist; – [B] wenigstens ein Element aus der Gruppe bestehend aus Sc, Ga, In, Lu, Al, Gd, Yb, Y, Cr, Tb, Eu ist; – [C] Ga oder eine Zusammensetzung von Ga- und Al-Elementen ist, in der der Al-Anteil höchstens 0,5 beträgt; wobei – in dem genannten Kristall mit Granatstruktur der Ho-Gehalt in dem Kristall mit Granatstruktur zwischen 0,025 und 2,95 liegt, d. h. der _x-Koeffizient zwischen 0,025 und 2,95 liegt; und – das genannte Kristall mit Granat-Struktur zusätzlich wenigstens eines der Elemente aus der Gruppe bestehend aus Li, Be, B, Na, Ca, Mg, Si, K, Ti, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ge, Rb, Sr, Zr, Nb, Mo, W, Ta, Hf Bi in einem Konzentrationsbereich von 1 × 101¹⁷ cm^–3 bis 5 × 10²⁰ cm^–3 enthält.