RU2354762C1 - Инфракрасная лазерная матрица на основе кристаллов калия и рубидия пентобромплюмбита - Google Patents
Инфракрасная лазерная матрица на основе кристаллов калия и рубидия пентобромплюмбита Download PDFInfo
- Publication number
- RU2354762C1 RU2354762C1 RU2008107383/15A RU2008107383A RU2354762C1 RU 2354762 C1 RU2354762 C1 RU 2354762C1 RU 2008107383/15 A RU2008107383/15 A RU 2008107383/15A RU 2008107383 A RU2008107383 A RU 2008107383A RU 2354762 C1 RU2354762 C1 RU 2354762C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- crystals
- rubidium
- potassium
- crystal
- infrared
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к получению и использованию новой инфракрасной лазерной матрицы для инфракрасной оптики. Предлагается инфракрасная лазерная матрица на основе кристаллов калия и рубидия пентобромплюмбита, которые описываются формулой КXRb1-XPb2Br5, где х изменяется в диапазоне 0,2≤х≤0,5. Полученные кристаллы характеризуются высокой прозрачностью, не рассеивают лазерное излучение, обладают низкими энергиями колебания кристаллической решетки и имеют высокий коэффициент внедрения РЗЭ в матрицу, что обеспечивает возможность реализации лазерного излучения в среднем ИК-диапазоне вплоть до 10 мкм. 5 ил.
Description
Изобретение относится к получению и использованию новой инфракрасной лазерной матрицы для среднего ИК-диапазона на основе кристаллов тройного пентобромида калия, рубидия и свинца. Данные кристаллы при легировании редкоземельными элементами (РЗЭ) могут обеспечивать лазерное излучение в ИК-диапазоне вплоть до 10 мкм.
В настоящее время в качестве лазерных матриц для среднего ИК-диапазона используются следующие кристаллы: оксиды, фториды и сульфиды, например (YAlO3:Tm), (Dy:LaF3), (Dy:CaGa2S4). Перечисленные кристаллы характеризуются довольно высокоэнергетичным фононным спектром, что ведет к большой вероятности безизлучательной релаксации на переходах РЗЭ, обеспечивающих излучение в ИК-диапазоне. Максимальная энергия фононов составляет для оксидов, фторидов и сульфидов примерно 800-900, 600 и 400-500 см-1 соответственно. Это накладывает ограничение на вероятность излучательных процессов в ИК-диапазоне. В результате генерация в кристаллах, легированных РЗЭ, ограничена до 3 мкм в оксидных соединениях, до 4,5 мкм во фторидных и до 6 мкм в сульфидных [Nostrand М.С., Page R.H., Payne S.A., Krupke W.F., Schunemann P.G. and Isaenko L.I., Spectroscopic data for infrared transitions in CaGa2S4:Dy3+ and KPb2Cl5:Dy3+ //Advanced Solid State Lasers, Bosenberg W.R. and Fejer M.M., ed., OSA TOPS. 19, 1998, P.524-528]. Продвижение в область более длинных волн требует новых лазерных матриц с низкой энергией фононов.
В работе [Isaenko L., Yelisseyev A., Tkachuk A., Ivanova S. New monocrystals with low phonon energy for mid-Ir laser // Mid-Infrared Coherent Sources and Applications. - Dordrecht: Springer, 2008, P. 3-65] продемонстрирована перспективность кристаллов KPb2Br5 и RbPb2Br5, легированных РЗЭ, для реализации стимулированного излучения в среднем ИК-диапазоне с высоким квантовым выходом. Кристаллы характеризуются узким фононным спектром (<150 см-1), благодаря чему переходы, характерные для редкоземельных ионов, являются излучательными и генерация лазерного излучения может продвинуться в средний ИК-диапазон, что составляет значительное преимущество по сравнению с перечисленными выше лазерными матрицами. Кристаллы негигроскопичны и характеризуются высокой химической стойкостью. Тот факт, что лазерная матрица на основе кристаллов бромидных соединений имеет преимущественно излучательный механизм релаксации в широком спектральном диапазоне приводит к эффективной излучательной диссипации энергии возбуждения и компенсирует достаточно низкую теплопроводность (4 W/m*K) этих кристаллов, значительно ослабляет термические эффекты при накачке активированных кристаллов. В кристалле KPb2Br5:Tb получены спектры стимулированного излучения до 9 мкм. Наряду с достоинствами эти кристаллы имеют ряд недостатков, ограничивающих их применение.
Кристалл RbPb2Br5 относится к тетрагональной модификации I4/mcm и не испытывает фазовых превращений вплоть до температуры плавления и кристаллизуется без дефектов (фиг.1a). [Mel'nikova S.V., Isaenko L.I., Pashkov V.M. and Pevnev I.V. Search for and Study of Phase Transitions in Some Representatives of the APb2X5 Family// Physics of the Solid State, 2006, Vol.48, No. 11, P.2152-2156]. Однако его недостатком является малый коэффициент внедрения РЗЭ в кристаллическую матрицу RbPb2Br5 (для Er порядка 0,04). Это на порядок ниже, чем в KPb2Br5, что затрудняет возможность получения эффективного инфракрасного лазерного материала (фиг.3). Кристалл KPb2Br5 вырастает в другой структурной модификации и в процессе охлаждения испытывает сегнетоэластический фазовый переход первого рода при температуре T0↑=519.5K, T0↓=518.5K (температура кристаллизации 649К), сопровождающийся изменением симметрии mmm-↔P21/с. В результате появляются оптические неоднородности в виде систематической полосчатой двойниковой структуры (фиг.1г). Такой материал не может быть использован в качестве эффективной лазерной среды, поскольку такого рода дефекты сильно рассеивают лазерный пучок и уменьшают выходные параметры.
Задачей изобретения является создание лазерной матрицы на основе кристаллов калия и рубидия пентобромплюмбита для инфракрасной оптики.
Технический результат заключается в обеспечении возможности реализации лазерного излучения вплоть до 10 мкм при достижении оптического качества и высокой концентрации РЗЭ в кристаллах калия и рубидия пентобромплюмбита.
Ожидаемый эффект увеличения кпд преобразования лазерного излучения при использовании данной лазерной среды составит 10-30% по сравнению с известным кристаллом RbPb2Br5 оптического качества.
Технический результат достигается тем, что кристаллы калия и рубидия пентобромплюмбита характеризуются составом KxRb1-xPb2Br5, где 0,2≤×≤0,5.
На фиг.1 представлены реальные структуры кристаллов:
a) RbPb2Br5, б) K0,5Rb0,5Pb2Br5, в) K0,6Rb0,4Pb2Br5, г) KPb2Br5.
На фиг.2 - зависимость объемов кристаллографической ячейки (V) кристаллов KxRb1-xPb2Br5 при изменении × от 0 до 1: ● - моноклинной структуры; ■ - тетрагональной структуры.
На фиг.3 - зависимость коэффициента вхождения атомов РЗЭ (kEr) в кристаллы KxRb1-xPb2Br5 при изменении х.
На фиг.4 - зависимость температуры фазового перехода (Т,К) в кристаллах KxRb1-xPb2Br5 при изменении ×.
На фиг.5 - кристалл K0,5Rb0,5Pb2Br5 высокого оптического качества, легированный Er3+.
Кристаллы KxRb1-xPb2Br5 выращены методом Бриджмена-Стокбаргера в вакуумированной ампуле с предварительным синтезом соединений из высокочистых бромидных солей металлов. Как видно из фиг.2, объем кристаллической ячейки кристаллов KxRb1-xPb2Br5 зависит от изменения ×. При 0≤х≤0,35 структура кристаллов KxRb1-xPb2Br5 тетрагональная I4/mcm, при 0,35≤×≤1- моноклинная Р21/с.
Было обнаружено, что введение калия в матрицу кристалла RbPb2Br5 увеличивает коэффициент вхождения атомов РЗЭ в смешанный кристалл (фиг.3). При ×≥0,2 в смешанном кристалле достигается концентрация РЗЭ, достаточная для эффективной генерации лазерного излучения. С другой стороны, при введении рубидия в кристалл KPb2Br5 повышается температура фазового перехода. На фиг.4 показано, что при ×≤0,5 температура фазового перехода близка к температуре плавления смешанного кристалла. Формирование двойниковых областей происходит вблизи температуры плавления, и в процессе закалки кристалл предпочтительно вырастает в монодоменном состоянии. Образование сеток двойниковых границ в смешанных моноклинных кристаллах при ×≤0,5 резко уменьшается, кристаллы характеризуются высокой прозрачностью и не рассеивают лазерное излучение.
Таким образом, смешанные кристаллы KxRb1-xPb2Br5 при 0,2≤×≤0,5 обладают положительными свойствами чистых соединений RbPb2Br5 и KPb2Br5: они характеризуются низкими энергиями колебаниями кристаллической решетки, что позволяет реализовать лазерное излучение в среднем ИК-диапазоне вплоть до 10 мкм. Кроме того, имеют преимущества по сравнению с чистыми соединениями - сочетание высокого коэффициента внедрения РЗЭ и хорошего оптического качества кристаллов.
Примеры конкретного выполнения.
Пример 1. Для получения монокристаллического образца K0,2Rb0,8Pb2Br5 легированного Er3+(2% мас.), используют исходные реагенты - бромидные соли (KPb2Br5, RbPb2Br5 и ErBr3) марки ОСЧ, которые дополнительно очищали многократной перекристаллизацией с предварительным удалением загрязненных частей. Компоненты KPb2Br5 - 8,0 г, RbPb2Br5 - 47,798 г и ErBr3 - 1,5 г помещают в ампулу из стекла пирекс и откачивают на вакуумной установке до остаточного давления 10-4 торр., после чего производится отпайка эвакуированной ампулы. Сплавление компонентов проводится в печи при температуре 376°С. При получении однородного расплава производится вращение ампулы в течение суток для полной гомогенизации состава. Выращивание кристаллов проводят по методу Бриджмена-Стокбаргера в кварцевом ростовом контейнере с кристаллоотборником. Печь нагревают, доводя шихту до плавления. Температурный градиент в области роста составляет 4°С/мм. Скорость движения ампулы в холодную зону составляла 4 мм/сутки. Получен образец K0,2Rb0,8Pb2Br5 массой 75 г. Параметры ячейки: а=8,431Å, b=8,431Å, с=14,505Å, V=1031Å3. Коэффициент внедрения Er составил 0,06.
Пример 2. Для получения образца K0,3Rb0,7Pb2Br5, легированного Er3+(2% мас.) массой до 65 г, используют исходные компоненты: KPb2Br5, RbPb2Br5 и ErBr3 высокой чистоты: KPb2Br5-18,1 г, RbPb2Br5 - 44,529 г, ErBr3-1,3 г. Условия получения, как в примере 1. Параметры ячейки: а=8,416 Å, b=8,416 Å, с=14,474 Å, V=1025,2 Å3. Коэффициент внедрения Er составил 0,084.
Пример 3. Для получения образца K0,5Rb0,5Pb2Br5, легированного Er3+(2% мас.) массой до 65 г, используют исходные компоненты: KPb2 Br5, RbPb2Br5 и ErBr3 высокой чистоты: KPb2Br5-29,053 г, RbPb2Br5-30,621 г, ErBr3-1,3 г. Условия получения, как в примере 1. Параметры ячейки: а=9,314Å, b=8,412Å, с=13,053Å, V=1022,7Å3. Коэффициент внедрения Er составил 0,15. Реальная кристаллическая структура представлена на фиг.1б.
Пример 4. Для получения образца K0,6 Rb0,4Pb2Br5, легированного Er3+(2% мас.) массой до 65 г, используют исходные компоненты: KPb2Br5, RbPb2Br5 и ErBr3 высокой чистоты: KPb2Br5-35,0 г, RbPb2Br5-15,81 г, ErBr3-1,3 г. Условия получения, как в примере 1. Параметры ячейки: а=9,29Å, b=8,401Å, с=13,045Å, V=1018,6 Å3. Коэффициент внедрения Er составил 0,22. Реальная кристаллическая структура представлена на фиг.1в.
Claims (1)
- Инфракрасная лазерная матрица на основе кристаллов калия и рубидия пентобромплюмбита, отличающаяся тем, что кристаллы описываются формулой KхRb1-xPb2Br5, где х изменяется в диапазоне 0,2≤х≤0,5.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008107383/15A RU2354762C1 (ru) | 2008-02-26 | 2008-02-26 | Инфракрасная лазерная матрица на основе кристаллов калия и рубидия пентобромплюмбита |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008107383/15A RU2354762C1 (ru) | 2008-02-26 | 2008-02-26 | Инфракрасная лазерная матрица на основе кристаллов калия и рубидия пентобромплюмбита |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2354762C1 true RU2354762C1 (ru) | 2009-05-10 |
Family
ID=41019980
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008107383/15A RU2354762C1 (ru) | 2008-02-26 | 2008-02-26 | Инфракрасная лазерная матрица на основе кристаллов калия и рубидия пентобромплюмбита |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2354762C1 (ru) |
-
2008
- 2008-02-26 RU RU2008107383/15A patent/RU2354762C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
RADEMAKER, Katja et al. Laser activity at 1, 18, 1, 07, and 0,97 urn in the low-phonon-energy hosts KPb 2 Вr 5 and Rb Pb 2 Br 5 doped with Nd 3+ . "Optics Letters", 30 (7), 2005, 729-731, STN БД СА, AN 143:355812, abstract. ISAENKO, Ludmila I. et al. New low-phonon frequency crystal based on * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5489300B2 (ja) | 非線形光学用の方法及び構造 | |
Schunemann et al. | Ultralow gradient HGF-grown ZnGeP2 and CdGeAs2 and their optical properties | |
Kumar et al. | Recent advances in rare earth-based borate single crystals: Potential materials for nonlinear optical and laser applications | |
JP5880938B2 (ja) | ドープされたβ−ホウ酸バリウム単結晶、その製造方法およびその周波数変換器部品 | |
US6391229B1 (en) | Borate crystal, growth method of the same and laser equipment using the same | |
CN100523311C (zh) | 钼酸碲钡晶体及其制备方法与应用 | |
Kosmyna et al. | Development of growth technologies for the photonic single crystals by the Czochralski method at Institute for Single Crystals, NAS of Ukraine | |
Wu et al. | Crystal growth and application of large size YCOB crystal for high power laser | |
Simonova et al. | Growth of bulk β-BaB2O4 crystals from solution in LiF-Li2O melt and study of phase equilibria | |
RU2354762C1 (ru) | Инфракрасная лазерная матрица на основе кристаллов калия и рубидия пентобромплюмбита | |
JP3115250B2 (ja) | セシウム・リチウム・ボレート系結晶 | |
CN102086529B (zh) | 一种铒镱双掺钽铌酸钾锂单晶的提拉制备方法 | |
Wu et al. | Bridgman growth of large-aperture yttrium calcium oxyborate crystal | |
CN1259466C (zh) | 掺铈二硅酸镥闪烁晶体的生长方法 | |
Chen et al. | Growth of lead molybdate crystals by vertical Bridgman method | |
Magesh et al. | Investigation of structural and optical properties in LiInS2 single crystal grown by Bridgman-Stockbarger method for mid IR laser application | |
RU2699639C1 (ru) | Нелинейный монокристалл литиевых халькогенидов общей формулы LiGaxIn1-xTe2 и способ его получения | |
CN1115430C (zh) | 大尺寸高温相硼磷酸锌非线性光学晶体及制法和用途 | |
Wang et al. | Crystal growth and optical properties of Dy: La3Ga5SiO14 single crystals | |
RU2255151C2 (ru) | Тройной халькогенидный монокристалл для преобразования лазерного излучения и способ его выращивания | |
JPH0618949A (ja) | セリウム‐ドープされた光学デバイス | |
Wang et al. | Crystal growth and spectroscopic properties of Er: La3Ga5SiO14 single crystals | |
CN115467024B (zh) | 钾钡钙硼氧氟化合物和钾钡钙硼氧氟非线性光学晶体及制备方法和用途 | |
Karek et al. | Structural and spectroscopic characterization of the double tungstate NaBi (WO4) 2 crystals doped with Y b3+ and grown by the micro-pulling down technique | |
CN113862787B (zh) | 化合物硅酸铋铯非线性光学晶体及其制备方法和用途 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210227 |