RU2186161C2 - Single-crystal material for lasers of infrared band - Google Patents

Single-crystal material for lasers of infrared band Download PDF

Info

Publication number
RU2186161C2
RU2186161C2 RU99117466A RU99117466A RU2186161C2 RU 2186161 C2 RU2186161 C2 RU 2186161C2 RU 99117466 A RU99117466 A RU 99117466A RU 99117466 A RU99117466 A RU 99117466A RU 2186161 C2 RU2186161 C2 RU 2186161C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
crystal
laser
lasers
erbium
radiation
Prior art date
Application number
RU99117466A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU99117466A (en
Inventor
И.В. Ворошилов
В.А. Лебедев
А.Н. Гавриленко
Original Assignee
Кубанский государственный университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Кубанский государственный университет filed Critical Кубанский государственный университет
Priority to RU99117466A priority Critical patent/RU2186161C2/en
Publication of RU99117466A publication Critical patent/RU99117466A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2186161C2 publication Critical patent/RU2186161C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: materials for laser equipment, in particular, single-crystal materials designed for production of active components of solid-state lasers. SUBSTANCE: erbium with chemical formula CaaY1-x-yYbxEry(BO3)3O, where x>0,001, y>0,001, x+y≤0,57, is additionally introduced as an activator in the single-crystal laser material based on oxyorthoborate of calcium-yttrium with ytterbium. EFFECT: produced active components of the 1.5- micron radiation band. 4 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к материалам для лазерной техники, а именно к монокристаллическим материалам, предназначенным для получения активных элементов твердотельных лазеров 1,5-микронного диапазона генерации. The invention relates to materials for laser technology, namely to single-crystal materials designed to produce active elements of solid-state lasers of the 1.5-micron range of generation.

Лазерное излучение с длиной волны 1,5 мкм крайне важно для науки и технологий. Это излучение соответствует минимуму потерь в кварцевых световодах, применяемых сегодня практически во всех областях техники, требующих передачи оптического излучения на расстояние, например в кабельной оптической связи. Полуторамикронное излучение наименее опасно для зрения (порог повреждения 0,8 Дж). С этой точки зрения оно перспективно для применений в офтальмологии. Laser radiation with a wavelength of 1.5 microns is extremely important for science and technology. This radiation corresponds to the minimum loss in quartz fibers, which are used today in almost all fields of technology that require the transmission of optical radiation over a distance, for example, in cable optical communication. One and a half micron radiation is the least dangerous to vision (damage threshold 0.8 J). From this point of view, it is promising for applications in ophthalmology.

По этой же причине представляется возможным заменить неодимовые лазеры (λ = 1,06 мкм), опасные для зрения, в технологии обработки металла, дальнометрии, локации и других областях техники. For the same reason, it seems possible to replace neodymium lasers (λ = 1.06 μm), which are hazardous to vision, in metal processing technology, ranging, location and other areas of technology.

Применение 1,5 мкм излучения в областях, где свет распространяется в атмосфере Земли, весьма выгодно, поскольку воздух имеет "окно прозрачности" в области 1,5 мкм. The use of 1.5 microns of radiation in areas where light propagates in the Earth’s atmosphere is very beneficial since air has a “transparency window” in the region of 1.5 microns.

Известны активные среды на основе щелочно-галоидных кристаллов: MgO и MgF2 с примесью ионов Со2+ Ni2+, V2+, которые позволяют получать стимулированное излучение в области 1,2-1,8 мкм [1]. Однако применение таких сред сложно, поскольку рабочая температура составляет 77 К.Active media based on alkali halide crystals: MgO and MgF 2 with an admixture of Co 2+ Ni 2+ , V 2+ ions , which allow one to obtain stimulated radiation in the region of 1.2-1.8 μm, are known [1]. However, the use of such media is difficult, since the operating temperature is 77 K.

Активные среды на основе алюмоиттриевого граната [2] с хромом генерируют свет в области 1,36-1,45 нм. Активная среда на основе алюмоиттриевого граната с активаторами - иттербием и эрбием Y3Al5О12:Yb,Er генерирует в области 1,54 мкм [3], однако характеризуется низким КПД (менее 0,01%) и крайне высоким порогом генерации (200 Дж). Низкая эффективность таких сред обусловлена эффектом так называемого "обратного переноса", а также кооперативными процессами (ап-конверсия и кросс-релаксация), которые возникают благодаря высокому времени жизни предлазерного уровня 4I11/2.Active media based on yttrium aluminum garnet [2] with chromium generate light in the region of 1.36-1.45 nm. An active medium based on yttrium aluminum garnet with activators - ytterbium and erbium Y 3 Al 5 O 12 : Yb, Er generates in the region of 1.54 μm [3], but is characterized by a low efficiency (less than 0.01%) and an extremely high generation threshold ( 200 J). The low efficiency of such media is due to the so-called “reverse transfer” effect, as well as cooperative processes (up-conversion and cross-relaxation), which arise due to the high lifetime of the pre-laser level 4 I 11/2 .

В известной научной литературе отсутствуют данные о создании высокоэффективного эрбиевого полуторамикронного лазера на кристалле, т.е. несмотря на обилие кристаллических матриц и реализованных каналов генерации [4,5], на практике основным источником излучения с длиной волны 1,5 мкм остаются эрбиевые стекла [6-11]. Но низкие теплофизические характеристики последних заставляют ученых продолжать поиск кристаллических матриц для иона эрбия. In the well-known scientific literature, there is no data on the creation of a highly efficient erbium 1.5 micron laser on a crystal, i.e. Despite the abundance of crystalline matrices and realized generation channels [4,5], in practice, erbium glasses remain the main source of radiation with a wavelength of 1.5 μm [6-11]. But the low thermophysical characteristics of the latter force scientists to continue the search for crystalline matrices for the erbium ion.

Известны монокристаллические лазерные материалы на основе ортобората скандия, где в качестве активатора применяется эрбий или эрбий и иттербий, в соответствии с химической формулой Sc1-хМхВО3, где 0<х≤0,4, а М - активатор [12] и Yb,Еr:LаSс3(ВО3)4 [13], являющиеся наиболее близкими по достигаемому эффекту. Длина волны излучения таких материалов лежит в области 1,5 мкм. В этих материалах, благодаря развитому фононному спектру, люминесценция уровня 4I11/2 иона Еr3+ полностью потушена. Этим определяется высокая эффективность переноса энергии Yb->Er. Развитость фононного спектра объясняется наличием боратных групп - ВО3. Основными недостатками этих материалов являются низкая изоморфная емкость матрицы по отношению к активаторам, а также невысокое время жизни верхнего лазерного уровня 4I13/2~390 мкс для Sc1-xMхBO3 и ~680 мкс для Yb,Еr:LаSс3(ВО3)4, что не позволяет получать эффективную генерацию излучения из-за слабого накопления энергии.Monocrystalline laser materials based on scandium orthoborate are known, where erbium or erbium and ytterbium are used as an activator, in accordance with the chemical formula Sc 1-x M x BO 3 , where 0 <x≤0.4, and M is an activator [12] and Yb, Er: LaSc 3 (BO 3 ) 4 [13], which are the closest in the achieved effect. The radiation wavelength of such materials lies in the region of 1.5 μm. In these materials, due to the developed phonon spectrum, the luminescence of the level 4 I 11/2 of the Er 3+ ion is completely quenched. This determines the high energy transfer efficiency Yb-> Er. The development of the phonon spectrum is explained by the presence of borate groups — VO 3 . The main disadvantages of these materials are the low isomorphic capacitance of the matrix with respect to the activators, as well as the short lifetime of the upper laser level 4 I 13/2 ~ 390 μs for Sc 1-x M x BO 3 and ~ 680 μs for Yb, Er: LаSс 3 (VO 3 ) 4 , which does not allow one to obtain efficient radiation generation due to weak energy storage.

Наиболее близким к заявляемому материалу аналогом по технической сущности является монокристаллический лазерный материал, соответствующий химической формуле Са4Y1-хYbх(ВО3)3О [14, 15], этот материал обладает широким фононным спектром, самоудвоением частоты генерации и достаточно высокой изоморфной емкостью. Но длина волны излучения лазера на основе такого материала находится около 1 мкм, что попадает в опасный для зрения диапазон. Кроме того, излучение с такой длиной волны сильно поглощается в кварцевых световодах при передаче оптического сигнала.The closest to the claimed material analogue in technical essence is a single-crystal laser material corresponding to the chemical formula Ca 4 Y 1-x Yb x (BO 3 ) 3 O [14, 15], this material has a wide phonon spectrum, self-doubling of the generation frequency and a fairly high isomorphic capacity. But the wavelength of the laser radiation based on such a material is about 1 μm, which falls into the range that is hazardous to vision. In addition, radiation with such a wavelength is strongly absorbed in quartz fibers when transmitting an optical signal.

В связи с этим технической задачей является получение монокристаллического лазерного материала, способного эффективно излучать на длинах волн вблизи 1,5 мкм и обладающего высокой изоморфной емкостью по отношению к активаторам и высоким временем жизни верхнего лазерного уровня. In this regard, the technical task is to obtain a single-crystal laser material capable of efficiently emitting at wavelengths near 1.5 μm and having a high isomorphic capacity with respect to activators and a high lifetime of the upper laser level.

Для решения поставленной технической задачи предлагается в монокристаллический лазерный материал на основе оксиортобората кальция-иттрия с иттербием дополнительно вводить в качестве активатора трехвалентный эрбий в соответствии с формулой: Са4Y1-х-уYbхЕrу(ВО3)3О, где х>0,001, у>0,001, х+у≤0,57.To solve the technical problem proposed in the single crystal laser material based oksiortoborata-yttrium calcium ytterbium additionally administered as an activator trivalent erbium in accordance with the formula: Ca 4 Y 1-x-y Yb x Er y (BO 3) 3 O where x> 0.001, y> 0.001, x + y≤0.57.

В состав предлагаемого материала, как и в состав прототипа, входят боратные группы (ВО3). Предлагаемый материал, как и прототип, соактивирован иттербием, но в отличие от него дополнительно в качестве активатора содержит ионы трехвалентного эрбия.The composition of the proposed material, as well as the composition of the prototype, includes borate groups (VO 3 ). The proposed material, like the prototype, is coactivated with ytterbium, but in contrast to it additionally contains trivalent erbium ions as an activator.

Выбор в качестве матрицы-основы кристалла оксиортобората иттрия позволяет получить монокристаллический лазерный материал с низким временем жизни предлазерного уровня 4I11/2 и достаточно высоким временем жизни верхнего лазерного уровня 4I13/2 иона эрбия - порядка 1,3 мс. Низкое время жизни предлазерного уровня 4I11/2 объясняется развитым фононным спектром, обусловленным наличием в составе монокристалла боратных групп (ВО3). Именно низкое время жизни уровня 4I11/2 иона Еr3+ в кристалле Yb,Er:LSB является основой эффективности генерации полуторамикронного излучения.The choice of yttrium oxyorthoborate crystal as the matrix base allows one to obtain a single-crystal laser material with a low lifetime of the pre-laser level 4 I 11/2 and a sufficiently high lifetime of the upper laser level 4 I 13/2 of the erbium ion - of the order of 1.3 ms. The low lifetime of the prelaser level 4 I 11/2 is explained by the developed phonon spectrum due to the presence of borate groups (BO 3 ) in the single crystal. It is the low lifetime of the 4 I 11/2 level of the Er 3+ ion in the Yb, Er: LSB crystal that is the basis for the efficiency of generation of one and a half micron radiation.

На фиг. 1 представлены кинетики распада люминесценции кристаллов Са4Y0,8Yb0,2(ВО3)3О(YCOB: Yb) и Са4Y0,775Yb0,2Ег0,025(ВО3)3О (YCOB:Yb,Er), измеренные на длине волны 970 нм (уровень 2F5/2 иона Yb3+) после возбуждения первой гармоникой YAG:Nd лазера, на фиг. 2 - кинетика распада люминесценции кристалла Са4Y0,775Yb0,2Ег0,025(ВО3)3О, измеренная на длине волны 1530 нм (лазерный полуторамикронный канал 4I13/2->4I15/2 иона Еr3+) после возбуждения второй гармоникой YAG:Nd лазера, на фиг.3 - спектр люминесценции кристалла Са4Y0,7Yb0,2Еr0,1(ВО3)3О в диапазоне длин волн 1420-1698 нм, измеренный при возбуждении InAsGa лазерным диодом с длиной волны 970 нм, на фиг.4 - спектр сечения усиления, рассчитанный с учетом реабсорбции излучения.In FIG. Figure 1 shows the luminescence decay kinetics of crystals of Ca 4 Y 0.8 Yb 0.2 (BO 3 ) 3 O (YCOB: Yb) and Ca 4 Y 0.775 Yb 0.2 Er 0.025 (BO 3 ) 3 O (YCOB: Yb, Er ), measured at a wavelength of 970 nm (level 2 F 5/2 of a Yb 3+ ion) after excitation by the first harmonic of a YAG: Nd laser, in FIG. 2 - kinetics of luminescence decay of a Ca 4 Y crystal 0.775 Yb 0.2 Er 0.025 (VO 3 ) 3 O measured at a wavelength of 1530 nm (laser and a half micron channel 4 I 13/2 -> 4 I 15/2 of the Er 3+ ion) after excitation by the second harmonic of a YAG: Nd laser, Fig. 3 shows the luminescence spectrum of a Ca 4 Y crystal of 0.7 Yb 0.2 Er 0.1 (BO 3 ) 3 O in the wavelength range of 1420-1698 nm, measured upon InAsGa excitation laser diode with a wavelength of 970 nm, figure 4 - spectrum of the gain cross section, calculated taking into account the reabsorption of radiation.

Кристаллы выращены методом Чохральского из иридиевых тиглей диаметром 30-50 мм со скоростью 1-3 мм/ч. The crystals were grown by the Czochralski method from iridium crucibles with a diameter of 30-50 mm at a speed of 1-3 mm / h.

Пример 1
Смесь мелкодисперсных высокочистых (марка ОСЧ) материалов:
Оксид кальция (СаО) - 48,7175 г
Оксид иттрия (Y2О3) - 19,0036 г
Оксид иттербия (III) (Yb2O3) - 8,5588 г
Оксид эрбия (III) (Еr2O3) - 1,0385 г
Оксид бора (В2O3) - 22,6804 г
тщательно перемешивали, прессовали в таблеты и помещали в муфельную печь, где при температуре 1300oС проводили синтез в твердой фазе в течение 8 часов. Просинтезированное вещество помещалось в тигель и расплавлялось (Тплавл= 1550oС). Выращивание кристалла осуществлялось методом Чохральского со скоростью вытягивания 3 мм/ч. В результате был получен прозрачный кристалл розового оттенка высокого оптического качества высотой 17 мм и диаметром 9 мм химической формулы Ca4Y0,775Yb0,2Er0,025(BO3)3O. Плотность кристалла, определенная методом гидростатического взвешивания, составила 3.39 г/см3.
Example 1
A mixture of finely dispersed high-purity (grade OSCH) materials:
Calcium oxide (CaO) - 48.7175 g
Yttrium oxide (Y 2 O 3 ) - 19.0036 g
Ytterbium (III) oxide (Yb 2 O 3 ) - 8.5588 g
Erbium (III) oxide (Er 2 O 3 ) - 1.0385 g
Boron oxide (B 2 O 3 ) - 22.6804 g
thoroughly mixed, pressed into tablets and placed in a muffle furnace, where at a temperature of 1300 o With conducted synthesis in the solid phase for 8 hours. The synthesized substance was placed in a crucible and melted ( Tmelt = 1550 o C). The crystal was grown by the Czochralski method with a drawing speed of 3 mm / h. As a result, a transparent pink-tinted crystal of high optical quality with a height of 17 mm and a diameter of 9 mm of the chemical formula Ca 4 Y 0.775 Yb 0.2 Er 0.025 (BO 3 ) 3 O was obtained. The crystal density determined by hydrostatic weighing was 3.39 g / cm 3 .

Пример 2
Смесь мелкодисперсных высокочистых (марка ОСЧ) веществ:
Оксид кальция (СаО) - 48,1045 г
Оксид иттрия (Y2О3) - 16,9483 г
Оксид иттербия (III) (Yb2О3) - 8,4510 г
Оксид эрбия (III) (Еr2О3) - 4,1015 г
Оксид бора (В2О3) - 22,3946 г
тщательно перемешивали, прессовали в таблеты и помещали в муфельную печь, где при температуре 1200oС проводили синтез в твердой фазе в течение 10 часов. После чего просинтезированное вещество помещалось в тигель и расплавлялось (Tплaвл= 1540oС). Выращивание кристалла осуществлялось методом Чохральского со скоростью вытягивания 2 мм/ч. В результате был получен прозрачный розовый кристалл высокого оптического качества высотой 20 мм и диаметром 12 мм химической формулы Са4Y0,7Yb0,2Еr0,1(ВО3)3О. Плотность кристалла, определенная методом гидростатического взвешивания, составила 3.44 г/см3.
Example 2
A mixture of finely dispersed high-purity (grade OSH) substances:
Calcium oxide (CaO) - 48.1045 g
Yttrium oxide (Y 2 O 3 ) - 16.9483 g
Ytterbium (III) oxide (Yb 2 O 3 ) - 8.4510 g
Erbium (III) oxide (Er 2 O 3 ) - 4.1015 g
Boron oxide (B 2 O 3 ) - 22.3946 g
thoroughly mixed, pressed into tablets and placed in a muffle furnace, where at a temperature of 1200 o With conducted synthesis in the solid phase for 10 hours. Then the synthesized substance was placed in a crucible and melted (T melt = 1540 o C). The crystal was grown by the Czochralski method with a drawing speed of 2 mm / h. The result was a transparent pink crystal of high optical quality with a height of 20 mm and a diameter of 12 mm of the chemical formula Ca 4 Y 0.7 Yb 0.2 Er 0.1 (BO 3 ) 3 O. The crystal density determined by hydrostatic weighing was 3.44 g / cm 3 .

Аналогично были выращены кристаллы, химические формулы которых приведены в таблице. Если в предлагаемом материале брать иттербия трехвалентного со стехиометрическим коэффициентом х<0,001, то низкий коэффициент поглощения такого материала не позволит поглотить энергию, достаточную для превышения порога генерации. Если брать эрбия трехвалентного со стехиометрическим коэффициентом у<0,001, то низкая плотность возбуждений в среде, обусловленная низкой концентрацией активных ионов, не позволит превысить потери на паразитное поглощение матрицы-основы, и говорить о таком материале как о лазерном, не имеет смысла. С другой стороны, по мере приближения значений х+у к 0,57, оптическое качество кристалла ухудшается - образцы 4, 8 (см. табл.), и при значениях х+у>0,57 невозможно получить монокристаллический материал. Similarly, crystals were grown, the chemical formulas of which are given in the table. If in the proposed material we take trivalent ytterbium with a stoichiometric coefficient x <0.001, then the low absorption coefficient of such a material will not allow absorbing energy sufficient to exceed the generation threshold. If we take trivalent erbium with a stoichiometric coefficient y <0.001, then the low density of excitations in the medium, due to the low concentration of active ions, will not allow to exceed the parasitic absorption losses of the base matrix, and it makes no sense to talk about such material as laser. On the other hand, as x + y values approach 0.57, the optical quality of the crystal deteriorates - samples 4, 8 (see table), and with x + y values> 0.57 it is impossible to obtain single-crystal material.

Свежевыращенные образцы представляли собой були диаметром 8-12 мм и длиной 10-21 мм, прозрачные, с гладкой блестящей поверхностью. Для спектрально-люминесцентных измерений вырезали пластины 4х5 мм2 и от 0,1 до 3 мм толщиной.Freshly grown samples were boules with a diameter of 8-12 mm and a length of 10-21 mm, transparent, with a smooth shiny surface. For spectral-luminescent measurements, 4x5 mm 2 and 0.1 to 3 mm thick plates were cut out.

Спектры поглощения и люминесценции измерялись при помощи дифракционного монохроматора МДР-23 (с решеткой 600 штр/мм) с обратной линейной дисперсией 2,6 нм/мм и шириной щелей не более 0,15 мм. Спектры поглощения измерялись по однолучевой схеме [16]. The absorption and luminescence spectra were measured using an MDR-23 diffraction monochromator (with a grating of 600 lines / mm) with an inverse linear dispersion of 2.6 nm / mm and a slit width of not more than 0.15 mm. Absorption spectra were measured using a single-beam scheme [16].

Спектры люминесценции поправлялись на спектральную чувствительность фотоприемника. The luminescence spectra were corrected for the spectral sensitivity of the photodetector.

Квантовая эффективность переноса энергии Yb3+->Еr3+ определялась по формуле
η = (W+γ2)/(1/τ+W+γ2),
где τ - время жизни возбужденного состояния иона иттебия, γ - микропараметр переноса, a W - скорость миграции энергии по ионам Yb3+. Значения τ,γ и W определялись путем анализа формы кинетик затухания люминесценции иона иттербия, приведенных на фиг.1 [17].
The quantum energy transfer efficiency of Yb 3+ -> Er 3+ was determined by the formula
η = (W + γ 2 ) / (1 / τ + W + γ 2 ),
where τ is the lifetime of the excited state of yttibium ion, γ is the transfer microparameter, and W is the energy migration rate over Yb 3+ ions. The values of τ, γ, and W were determined by analyzing the shape of the luminescence decay kinetics of the ytterbium ion shown in FIG. 1 [17].

Время жизни уровня 4I13/2 иона Еr3+ определяли методом тауметрии, т.е. в точке падения интенсивности в е раз [18].The lifetime of the 4 I 13/2 ion Er 3+ determined by taumeter, i.e. at the point of intensity drop by e times [18].

Спектры эффективного сечения усиления монокристаллов σэф(λ) с учетом реабсорбции рассчитывались по формуле
σэф(λ) = βσлюм(λ)-(1-β)σпогл(λ),
где β = n/N - соотношение населенностей верхнего и нижнего уровней, σлюм(λ) - сечение люминесценции и σпогл(λ) - сечение поглощения [18].
The spectra of the effective gain cross section of single crystals σ eff (λ) taking into account reabsorption were calculated by the formula
σ eff (λ) = βσ lum (λ) - (1-β) σ diff (λ),
where β = n / N is the ratio of the populations of the upper and lower levels, σ lum (λ) is the luminescence cross section, and σm (λ) is the absorption cross section [18].

Матрица Са4Y1-х-уYbхЕrу(ВО3)3О содержит боратные группы (ВО3) и, соответственно, имеет протяженный фононный спектр (hωmax= 1400см-1). В результате безызлучательной многофононной релаксации энергия электронного возбуждения быстро, за время менее 0,1 мкс, релаксирует на лазерный уровень 4I13/2 иона Еr3+. Это определяет высокую квантовую эффективность переноса энергии Yb3+->Еr3+ (см. фиг.1). В кристалле Са4Y0,775Yb0,2Еr0,025(ВО3)3О квантовая эффективность переноса η = 96%. Быстрая многофононная релаксация 4I11/2-4I13/2 практически полностью предотвращает обратный перенос энергии Еr3+->Yb3+ и различные кооперативные процессы с участием уровня 4I11/2. Время жизни лазерного уровня 4I13/2, несмотря на развитый фононный спектр, остается достаточно высоким как для полупроводниковой, так и для ламповой накачки, и составляет 1,26 мс (см. фиг. 2).The matrix Ca 4 Y 1- xy Yb x Er y (BO 3 ) 3 O contains borate groups (BO 3 ) and, accordingly, has an extended phonon spectrum (ω max = 1400 cm -1 ). As a result, the nonradiative multiphonon relaxation of electronic excitation energy quickly, in less than 0.1 microseconds, relaxes the laser level 4 I 13/2 ion Er 3+. This determines the high quantum efficiency of energy transfer Yb 3+ -> Er 3+ (see figure 1). In the Ca 4 Y crystal, 0.775 Yb 0.2 Er 0.025 (BO 3 ) 3 O, the quantum transfer efficiency is η = 96%. Fast multiphonon relaxation of 4 I 11/2 - 4 I 13/2 almost completely prevents the reverse energy transfer of Er 3+ -> Yb 3+ and various cooperative processes involving the 4 I 11/2 level. The lifetime of the laser level 4 I 13/2 , despite the developed phonon spectrum, remains quite high for both semiconductor and lamp pumping, and is 1.26 ms (see Fig. 2).

Из фиг. 3 видно, что предложенный материал излучает в области 1,5 мкм. Положительное усиление возникает на длине волны 1597 нм при небольшом уровне инверсии (фиг. 4), а при соотношении населенностей β = 0,6, люминесцентная область перестройки по частоте составляет ~90 нм. From FIG. 3 shows that the proposed material emits in the region of 1.5 μm. Positive amplification occurs at a wavelength of 1597 nm with a small level of inversion (Fig. 4), and when the population ratio β = 0.6, the luminescent frequency tuning region is ~ 90 nm.

Нами была изучена штарковская структура уровней 4I15/2, 4I13/2, 4I11/2, 4I9/2 иона Еr3+ в предлагаемом материале. Результаты исследований и расчетов свидетельствуют об отсутствии каналов возбужденного поглощения при реализации переходов с уровня 4I13/2 на уровень 4I9/2, перекрывающихся с лазерными каналами 4I15/2-->4I13/2.We have studied the Stark structure of levels 4 I 15/2 , 4 I 13/2 , 4 I 11/2 , 4 I 9/2 of the Er 3+ ion in the proposed material. The results of studies and calculations indicate the absence of excited absorption channels during transitions from the 4 I 13/2 level to the 4 I 9/2 level overlapping with the 4 I 15 / 2- -> 4 I 13/2 laser channels.

Таким образом, предлагаемый монокристаллический лазерный материал по своим характеристикам представляет интерес для создания лазеров на кристаллах с длиной волны около 1,5 мкм, что является более предпочтительным, чем лазеры на стеклах и лазеры с другими длинами волн для самых различных применений. Thus, the proposed single-crystal laser material in its characteristics is of interest for creating crystal lasers with a wavelength of about 1.5 μm, which is more preferable than glass lasers and lasers with other wavelengths for a wide variety of applications.

Литература
1. Moulton P.F. IEEE J. Quantum Electron. 1982. V. 18. P. 1185.
Literature
1. Moulton PF IEEE J. Quantum Electron. 1982. V. 18. P. 1185.

2. Ангерт Н.Б., Бородин Н.И., Гармаш В.М. и др. Квантовая электроника. 1988. Т. 15. 1. С. 113. 2. Angert N.B., Borodin N.I., Garmash V.M. and other quantum electronics. 1988.Vol. 15.1.S. 113.

3. White K.O., Scleusener S.A. Appl. Phys. Lett. 1972. V. 21. 9. P. 419. 3. White K.O., Scleusener S.A. Appl. Phys. Lett. 1972.V. 21. 9.P. 419.

4. Каминский А. А. , Антипенко Б.М. Многоуровневые многофункциональные схемы кристаллических лазеров. М.: Наука, 1989. 270 с. 4. Kaminsky A. A., Antipenko B. M. Multilevel multifunctional schemes of crystal lasers. M .: Nauka, 1989.270 s.

5. Каминский А.А., Аминов Л.К., Ермолаев В.Л. и др. Физика и спектроскопия лазерных кристаллов М.:Наука, 1986. 272 с. 5. Kaminsky A.A., Aminov L.K., Ermolaev V.L. and others. Physics and spectroscopy of laser crystals M.: Nauka, 1986. 272 p.

6. Anton D. W., Pier T.J., Leilabody P.A., Digest of Conference on Optical Fiber Communications, 1991, paper FB6, p. 206. 6. Anton D. W., Pier T.J., Leilabody P.A., Digest of Conference on Optical Fiber Communications, 1991, paper FB6, p. 206.

7. Laporta P., De Silvestri S., Magni V., Pallaro L., Svelto 0., Digest of Conference on Lasers and Electro-Optics, 1991, paper CthR l. 7. Laporta P., De Silvestri S., Magni V., Pallaro L., Svelto 0., Digest of Conference on Lasers and Electro-Optics, 1991, paper CthR l.

8. Laporta P. , De Silvestri S., Magni V., Svelto 0., Opt. Lett. 16 (1991) 1952. 8. Laporta P., De Silvestri S., Magni V., Svelto 0., Opt. Lett. 16 (1991) 1952.

9. Hutchinson J. A., Caffey D.P., Schans C.F., Trussel C.W., Digest of Conference on Lasers and Electro-Optics, 1990, paper CPDP - 19. 9. Hutchinson J. A., Caffey D.P., Schans C.F., Trussel C.W., Digest of Conference on Lasers and Electro-Optics, 1990, paper CPDP - 19.

10. Hutchinson J.A., Allik Т.Н., Appl. Phys. Lett. 60 (1992) 1424. 10. Hutchinson J. A., Allik, T. N., Appl. Phys. Lett. 60 (1992) 1424.

11. Labranche В., Mailloux A., Levesque М., Taillo Y., Morin M., Mathieu P., OSA Proceedings on Advanced Solid-State Lasers 24 (1993) 379. 11. Labranche B., Mailloux A., Levesque M., Taillo Y., Morin M., Mathieu P., OSA Proceedings on Advanced Solid-State Lasers 24 (1993) 379.

12. Патент РФ 2084997, МКИ (6) Н 01 S 3/16, Монокристаллический материал для лазеров ИК-диапазона. /Лебедев В.А., Писаренко В.Ф., Чуев Ю.М., Фатеев В.М., Шестаков А.В. - 93052869/25; заявл. 22.11.93; Опубл. 20.07.97, Бюл. 20 - 7 с. 12. RF patent 2084997, MKI (6) H 01 S 3/16, Single-crystal material for infrared lasers. / Lebedev V.A., Pisarenko V.F., Chuev Yu.M., Fateev V.M., Shestakov A.V. - 93052869/25; declared 11/22/93; Publ. 07/20/97, Bull. 20 - 7 s.

13. Перфилин А. , Несынов Е., Подцепко М., Лебедев В., Чуев Ю. Спектрально-люминесцентные исследования монокристаллов боратов и силикатов с примесями иттербия и эрбия. Природа. Общество. Человек, Вестник Южно-Российского отделения Международной Академии наук Высшей школы, 4-5 (7-8)/1996, с. 31-33. 13. Perfilin A., Nesynov E., Podsepko M., Lebedev V., Chuev Yu. Spectral-luminescent studies of single crystals of borates and silicates with impurities of ytterbium and erbium. Nature. Society. Man, Bulletin of the South-Russian Branch of the International Academy of Sciences of Higher Education, 4-5 (7-8) / 1996, p. 31-33.

14. В.Н.Т. Chai et al. "Lasing, Second Harmonic Conversion and Self-frequency Doubling of Yb:YCOB (Уb:УСа4В3О10)," OSA Trends in Optics and Photonics on Advanced Solid State Lasers 19 (OSA, Washington, DC, 1998), pp. 59-61.14. V.N.T. Chai et al. "Lasing, Second Harmonic Conversion and Self-frequency Doubling of Yb: YCOB (Yb: USA 4 V 3 O 10 )," OSA Trends in Optics and Photonics on Advanced Solid State Lasers 19 (OSA, Washington, DC, 1998), pp . 59-61.

15. Ye Q., Chai B.H.T. Crystal growth of YСа4O(ВО3)3 and its orientation, Journal of Crystal Growth 197 (1999) 228-235.15. Ye Q., Chai BHT Crystal growth of YCa 4 O (BO 3 ) 3 and its orientation, Journal of Crystal Growth 197 (1999) 228-235.

16. Зайдель А. Н., Островская Г.В., Островский Ю.И. Техника и практика спектроскопии. М.: Наука, 1976, с. 108-112. 16. Zaydel A.N., Ostrovskaya GV, Ostrovsky Yu.I. Technique and practice of spectroscopy. M .: Nauka, 1976, p. 108-112.

17. Сигачев В.Б., Дорошенко М.Е., Басиев Т.Т., Лутц Г.Б., Чаи Б. Сенсибилизация люминесценции ионов Еr3+ и Но3+ ионами Сr4+ в кристалле Y2SiO5. Квантовая электроника, 22, 1, 1995.17. Sigachev VB, Doroshenko ME, Basiev TT, Lutz GB, Teas B. Sensitization of luminescence of Er 3+ and Ho 3+ ions with Cr 4+ ions in a Y 2 SiO 5 crystal. Quantum Electronics, 22, 1, 1995.

18. Каминский А.А. Лазерные кристаллы, М.: Наука, 1975, с. 16-24. 18. Kaminsky A.A. Laser crystals, Moscow: Nauka, 1975, p. 16-24.

Claims (1)

Монокристаллический материал для лазеров ИК-диапазона на основе оксиортобората кальция-иттрия, активированного иттербием, отличающийся тем, что он дополнительно в качестве активатора содержит трехвалентный эрбий в соответствии с химической формулой
Ca4Y1-x-yYbxEry(BO3)3O,
где x>0,001, у>0,001, х+у≤0,57.
Monocrystalline material for infrared lasers based on yttrium-activated calcium yttrium oxyorthoborate, characterized in that it additionally contains trivalent erbium as an activator in accordance with the chemical formula
Ca 4 Y 1-xy Yb x Er y (BO 3 ) 3 O,
where x> 0.001, y> 0.001, x + y≤0.57.
RU99117466A 1999-08-09 1999-08-09 Single-crystal material for lasers of infrared band RU2186161C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99117466A RU2186161C2 (en) 1999-08-09 1999-08-09 Single-crystal material for lasers of infrared band

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99117466A RU2186161C2 (en) 1999-08-09 1999-08-09 Single-crystal material for lasers of infrared band

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU99117466A RU99117466A (en) 2001-08-20
RU2186161C2 true RU2186161C2 (en) 2002-07-27

Family

ID=20223774

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99117466A RU2186161C2 (en) 1999-08-09 1999-08-09 Single-crystal material for lasers of infrared band

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2186161C2 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Ye QI NG et al. Crystal growth of YСа 4 O(ВО 3 ) 3 and its orientation. Journal of Crystal Growth (Feb. 1999) vol. 197, no. 1-2, p. 228-235. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5140604A (en) Mixed strontium and lanthanide oxides and a laser using monocrystals of these oxides
Takahashi et al. Nonradiative decay processes and mechanisms of frequency upconversion of Er3+ in ZrF4–BaF2–LaF3 glass
Moncorge et al. Fluorescence analysis of chromium-doped forsterite (Mg/sub 2/SiO/sub 4/)
Page et al. Dy-doped chlorides as gain media for 1.3/spl mu/m telecommunications amplifiers
Doualan et al. Latest developments of bulk crystals and thin films of rare-earth doped CaF2 for laser applications
US5173911A (en) Mixed silicates of yttrium and lanthanide and laser using monocrystals of these silicates
Ding et al. Optical spectra properties and continuous-wave laser performance of Tm, Y: CaF2 single crystals
McFarlane et al. Rare earth doped fluoride waveguides fabricated using molecular beam epitaxy
Lan et al. Crystal growth and optical spectroscopic properties of Ce3+/Dy3+ co-doped CaYAlO4 crystal for yellow laser emission
RU2186161C2 (en) Single-crystal material for lasers of infrared band
Deloach et al. Laser demonstration of neodymium‐doped strontium chlorovanadate
Kück et al. Spectroscopic properties of the tetrahedrally coordinated V3+ ion in oxide crystals
Kück et al. Spectroscopic properties of Cr 4+-doped LiAlO 2
RU2190704C2 (en) Monocrystalline laser material
US5402434A (en) Er:YVO4 laser oscillator, solid-state laser material and method for manufacturing the same
Flournoy et al. Laser characteristics of niobium compensated CaMoO4 and SrMoO4
US4765925A (en) Solid state laser hosts
CN101407939A (en) Halide laser crystal doped with Bi and preparing method thereof
Tsuboi et al. Optical absorption and emission bands of Tm3+ ions in calcium niobium gallium garnet crystal
US3659221A (en) Laser material
Ryba-Romanowski et al. Growth and characterization of new disordered crystals for the design of all-solid-state lasers
Brenier et al. Up-conversion dynamics in GdAlO3: Er3+ single crystal fibre
Jubera et al. Crystal growth and optical characterizations of Yb3+-doped LiGd 6 O 5 (BO 3) 3 single crystal: a new promising laser material
Kaminskii et al. Orthorhombic (LiNbGeO5): efficient stimulated Raman scattering and tunable near-infrared laser emission from chromium doping
Malinowski et al. Infrared-to-blue-wavelength upconversion in thin film grown by liquid phase epitaxy

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090810