RU2358045C2 - Ceramic laser microstructured material with twinned nanostructure and method of making it - Google Patents

Ceramic laser microstructured material with twinned nanostructure and method of making it Download PDF

Info

Publication number
RU2358045C2
RU2358045C2 RU2007130159/15A RU2007130159A RU2358045C2 RU 2358045 C2 RU2358045 C2 RU 2358045C2 RU 2007130159/15 A RU2007130159/15 A RU 2007130159/15A RU 2007130159 A RU2007130159 A RU 2007130159A RU 2358045 C2 RU2358045 C2 RU 2358045C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
laser
single crystal
substance
size
sample
Prior art date
Application number
RU2007130159/15A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007130159A (en
Inventor
Тасолтан Тазретович Басиев (RU)
Тасолтан Тазретович Басиев
Вячеслав Васильевич Осико (RU)
Вячеслав Васильевич Осико
Василий Андреевич Конюшкин (RU)
Василий Андреевич Конюшкин
Павел Павлович Федоров (RU)
Павел Павлович Федоров
Сергей Викторович Кузнецов (RU)
Сергей Викторович Кузнецов
Максим Евгеньевич Дорошенко (RU)
Максим Евгеньевич Дорошенко
Original Assignee
Институт Общей Физики Им. А.М. Прохорова Российской Академии Наук
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 Институт Общей Физики Им. А.М. Прохорова Российской Академии Наук filed Critical Институт Общей Физики Им. А.М. Прохорова Российской Академии Наук
Priority to RU2007130159/15A priority Critical patent/RU2358045C2/en
Publication of RU2007130159A publication Critical patent/RU2007130159A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2358045C2 publication Critical patent/RU2358045C2/en

Links

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: proposed laser material is a ceramic polycrystalline microstructure substance with particle size of 3-100 mcm, containing a twinned nanostructure inside the particles with size of 50-300 nm, made from halides of alkali, alkali-earth and rare-earth metals or their solid solutions, with vacancy or impurity laser-active centres with concentration of 1015-1021 cm-3. The method involves thermomechanical processing a monocrystal, made from halides of metals, and cooling. Thermomechanical processing is done until attaining 55-90% degree of deformation of the monocrystal at flow temperature of the chosen monocrystal, obtaining a ceramic polycrystalline microstructure substance, characterised by particle size of 3-100 mcm and containing a twinned nanostructure inside the particles with size of 50-300 nm.
EFFECT: improved mechanical properties, increased microhardness and failure viscosity.
5 cl, 1 tbl, 4 ex, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области технологии оптических материалов, а именно к технологии получения лазерных материалов, используемых в качестве оптической среды для генерации или (и) преобразования лазерного излучения.The invention relates to the field of technology of optical materials, and in particular to a technology for producing laser materials used as an optical medium for generating or (and) converting laser radiation.

Широко известны лазерные материалы с центрами окраски. Эти материалы дают возможность получения мощных узконаправленных спектрально-узких световых пучков с перестройкой длины волны генерируемого излучения в широких пределах (0,5-4 мкм). Соответствующие материалы и устройства на их основе применяются в спектроскопии высокого разрешения, нелинейной оптике, спектрально-селективной фотохимии, внутрирезонансной спектроскопии, голографии, а также в биологии и медицине. Эти материалы используются в качестве активных и пассивных лазерных элементов, в том числе пассивных лазерных затворов, апозирующих диафрагм и других оптических элементов.Laser materials with color centers are widely known. These materials make it possible to obtain powerful narrowly focused spectrally narrow light beams with a tunable wavelength of the generated radiation over a wide range (0.5-4 microns). Appropriate materials and devices based on them are used in high resolution spectroscopy, nonlinear optics, spectral-selective photochemistry, intracavity spectroscopy, holography, as well as in biology and medicine. These materials are used as active and passive laser elements, including passive laser shutters, aposing diaphragms and other optical elements.

Для получения активных центров, работающих при комнатных температурах, наиболее перспективными оказались фториды щелочных и щелочноземельных металлов, особенно фтористый литий (LiF).For the preparation of active centers operating at room temperature, the most promising were fluorides of alkali and alkaline earth metals, especially lithium fluoride (LiF).

Для создания центров окраски используются технологии аддитивного или электролитического окрашивания или облучение ионизирующим излучением (ультрафиолетового диапазона, рентгеновскими или гамма-лучами, нейтронами или электронами высокой энергии).Additive or electrolytic dyeing technologies or irradiation with ionizing radiation (ultraviolet, x-ray or gamma rays, neutrons or high-energy electrons) are used to create color centers.

Известен лазерный материал, представляющий собой монокристалл фторида лития с F2-центрами окраски, который получают путем облучения монокристалла электронами с энергией 0,08-0,7 МэВ до поглощенной дозы (0,7-5,0)·107 Гр (SU 1322948, 27.02.1995).Known laser material, which is a single crystal of lithium fluoride with F 2 color centers, which is obtained by irradiating a single crystal with electrons with an energy of 0.08-0.7 MeV to an absorbed dose of (0.7-5.0) · 10 7 Gy (SU 1322948, 02.27.1995).

Недостатком известного материала являются невысокая твердость и прочность.A disadvantage of the known material is its low hardness and strength.

Известны лазерные материалы на основе оксидной керамики со структурой граната. Способы получения этих материалов сводятся к синтезу порошка из растворов соответствующего состава и его компактированию (JP 05-286762, 02.11.1993, JP 10-101333, 21.04.1998).Known laser materials based on oxide ceramics with a garnet structure. The methods for obtaining these materials are reduced to the synthesis of powder from solutions of the corresponding composition and its compaction (JP 05-286762, 02/11/1993, JP 10-101333, 04/21/1998).

Известен поликристаллический лазерный материал на основе фторидов щелочноземельных металлов, допированных ионами редкоземельных металлов, который изготавливают методом горячего прессования предварительно полученных порошков требуемого состава (US 3453215, 01.07.1969). Недостатком известного способа является высокая адсорбционная способность развитой поверхности порошков, в том числе по отношению к парам воды, и возможность возникновения пирогидролиза при получении оптически прозрачной керамики.Known polycrystalline laser material based on alkaline earth metal fluorides doped with rare earth ions, which is produced by hot pressing of previously obtained powders of the required composition (US 3453215, 07/01/1969). The disadvantage of this method is the high adsorption ability of the developed surface of the powders, including with respect to water vapor, and the possibility of pyrohydrolysis in the preparation of optically transparent ceramics.

Известен лазерный материал, содержащий фторидную оптическую керамику с большим количеством рабочих лазерных центров (F2). Материал получен методом горячего прессования поликристаллических фторидов с последующим облучением (SU 1538846, 27.02.1995). Недостатками данного лазерного материала являются низкий коэффициент пропускания света в области 0,2-7,0 мкм, высокая концентрация примесных оксидов в составе основного вещества, что вызывает большие потери светового пучка за счет рассеяния, и, соответственно, высокие пороги и низкий КПД генерации.A known laser material containing optical fluoride ceramics with a large number of working laser centers (F2). The material was obtained by hot pressing of polycrystalline fluorides followed by irradiation (SU 1538846, 02.27.1995). The disadvantages of this laser material are the low light transmittance in the region of 0.2-7.0 μm, the high concentration of impurity oxides in the composition of the main substance, which causes large losses of the light beam due to scattering, and, accordingly, high thresholds and low generation efficiency.

Описанный выше материал является наиболее близким аналогом предлагаемого материала.The material described above is the closest analogue of the proposed material.

Однако способ, которым получен описанный выше материал, не позволяет получить чистый материал высокого качества.However, the method by which the material described above is obtained does not allow to obtain pure high-quality material.

За прототип предложенного способа выбран способ изготовления оптического материала, выполненного в виде поликристаллической пластины, включающей термомеханическую обработку монокристалла на основе галогенида металла путем нагрева монокристаллической заготовки в интервале температур 0,5 Тпл<Т<Тпл. Термомеханическое деформирование проводят вначале путем одноосного сжатия профилированной поверхностью, а затем плоскопараллельной поверхностью и охлаждают до комнатной температуры (RU 2083733, 07.10.1997).For the prototype of the proposed method, a method of manufacturing an optical material made in the form of a polycrystalline plate, including thermomechanical processing of a single crystal based on a metal halide by heating a single-crystal billet in a temperature range of 0.5 T pl <T <T pl . Thermomechanical deformation is carried out first by uniaxial compression with a profiled surface, and then with a plane-parallel surface and cooled to room temperature (RU 2083733, 07.10.1997).

Однако получить известным способом наномикроструктурированное поликристаллическое вещество, обладающее повышенной твердостью и прочностью, не представляется возможным.However, it is not possible to obtain a nanomicrostructured polycrystalline substance with increased hardness and strength in a known manner.

Задачей предлагаемого изобретения является создание лазерного материала из высокопрозрачной галогенидной керамики, пригодной для передачи, генерации и преобразования оптического излучения с различной частотой и мощностью оптических сигналов, обладающей повышенной твердостью и прочностью, и разработка способа получения материала.The objective of the invention is the creation of a laser material from highly transparent halide ceramics suitable for the transmission, generation and conversion of optical radiation with different frequencies and power of optical signals with increased hardness and strength, and the development of a method for producing the material.

Поставленная задача решается описываемым способом изготовления лазерного материала, который включает термомеханическую обработку монокристалла, выполненного из галогенидов металлов, осуществляемую до степени деформации монокристалла 55-90% при температуре текучести выбранного монокристалла с получением керамического поликристаллического микроструктурированного вещества, характеризующегося размером зерен кристаллов 3-100 мкм.The problem is solved by the described method of manufacturing a laser material, which includes thermomechanical processing of a single crystal made of metal halides, carried out to a degree of deformation of a single crystal of 55-90% at a pour point of the selected single crystal to obtain a ceramic polycrystalline microstructured substance characterized by a crystal grain size of 3-100 μm.

На обработку подают монокристаллы фторидов щелочных, щелочноземельных и редкоземельных металлов или их твердых растворов.Single crystals of alkali, alkaline earth and rare earth fluorides or their solid solutions are fed for processing.

Деформацию осуществляют при температуре текучести соответствующего монокристалла, в интервале температур выше 2/3 абсолютной температуры плавления монокристалла до температуры его плавления.The deformation is carried out at the pour point of the corresponding single crystal, in the temperature range above 2/3 of the absolute melting temperature of the single crystal to its melting temperature.

После охлаждения производят создание в кристаллах лазерно-активных центров окраски методом аддитивного или электролитического окрашивания или ионизирующим излучением.After cooling, the creation of crystals of laser-active color centers in the crystals by the method of additive or electrolytic staining or by ionizing radiation.

Поставленная задача решается также описываемым лазерным материалом, представляющим собой керамическое микроструктурированное поликристаллическое вещество с размером зерен 3-100 мкм, выполненное из галогенидов щелочных, щелочноземельных и редкоземельных металлов или их твердых растворов, имеющее вакансионные или примесные лазерно-активные центры с концентрацией 1015-1021 см-3, которое изготовлено способом, охарактеризованным выше.The problem is also solved by the described laser material, which is a ceramic microstructured polycrystalline substance with a grain size of 3-100 μm, made of halides of alkali, alkaline earth and rare earth metals or their solid solutions, having vacancy or impurity laser-active centers with a concentration of 10 15 -10 21 cm -3 , which is made by the method described above.

Осуществление способа в объеме вышеуказанной совокупности признаков обеспечивает получение материала, обладающего сложной иерархической наноструктурой, включающей ансамбль дислокации, двойниковые и межзеренные границы. Размер зерен составляет от 3-100 мкм, при этом внутри зерен имеет место двойниковая структура с характерным размером 50-300 нм.The implementation of the method in the amount of the above set of features provides a material having a complex hierarchical nanostructure, including a dislocation ensemble, twin and grain boundaries. The grain size ranges from 3-100 microns, while a twin structure with a characteristic size of 50-300 nm takes place inside the grains.

В процессе изготовления материала образование межзеренных границ происходит внутри объема монокристалла, что исключает химические взаимодействия с окружающей газовой средой в процессе формования поликристаллической фазы и, таким образом, повышает чистоту материала, снижает паразитные потери и упрощает процесс.In the process of manufacturing the material, the formation of grain boundaries occurs inside the volume of the single crystal, which eliminates chemical interactions with the surrounding gas medium during the formation of the polycrystalline phase and, thus, increases the purity of the material, reduces spurious losses and simplifies the process.

Деформацию можно производить как под действием одноосного давления, так и всесторонним обжатием. В результате деформации в монокристалле происходит накопление точечных, линейных и двумерных дефектов. При степени деформации выше 55% вплоть до 90% образец приобретает поликристаллическую структуру, которая выявляется методами рентгенографии, дифракцией обратноотраженных электронов, а также оптической микроскопией.Deformation can be produced both under uniaxial pressure and comprehensive compression. As a result of deformation in the single crystal, point, linear, and two-dimensional defects accumulate. When the degree of deformation is above 55% up to 90%, the sample acquires a polycrystalline structure, which is detected by x-ray diffraction, electron diffraction, and optical microscopy.

В результате осуществления способа из монокристалла получена керамика. Это превращение сопровождается улучшением механических характеристик образцов, а именно микротвердость возрастает на 15%, а вязкость разрушения в 2-6 раз. При этом, как показано экспериментально, спектрально-генерационные характеристики не меняются и возможно получение лазерной генерации на керамических образцах.As a result of the method, ceramics is obtained from a single crystal. This transformation is accompanied by an improvement in the mechanical characteristics of the samples, namely, microhardness increases by 15%, and fracture toughness by 2-6 times. In this case, as shown experimentally, the spectral-lasing characteristics do not change and laser generation on ceramic samples is possible.

После охлаждения образца создают лазерно-активные центры окраски любым известным способом.After cooling the sample, laser-active color centers are created by any known method.

Определение степени поликристалличности образцов, полученных после термомеханической обработки, заключалось в определении величин интенсивности различных рефлексов hkl для монокристалла LiF, порошка LiF и различных по степени деформации образцов LiF, которые приведены в таблице №1.The degree of polycrystallinity of the samples obtained after thermomechanical treatment was determined by determining the intensities of various hkl reflections for a LiF single crystal, LiF powder, and LiF samples of various degrees of deformation, which are given in Table No. 1.

Таблица №1Table number 1 No. ОбразецSample Относительные интенсивности рефлексов hkl в %Relative intensities of hkl reflections in% (111)
54.7
(111)
54.7
(200)
0.0
(200)
0.0
(220)
45.0
(220)
45.0
(311)
25.1
(311)
25.1
(222)
54.7
(222)
54.7
(400)
0.0
(400)
0.0
(331)
46.5
(331)
46.5
(420)
26.6
(420)
26.6
(422)
26.6
(422)
26.6
1one Исходный монокристаллOriginal single crystal 100one hundred 22 22 ПорошокPowder 4040 100one hundred 2929th 11eleven 55 66 22 66 4four 33 Образец №1, отн. деформация 0,37Sample No. 1, rel. deformation 0.37 00 100one hundred 00 00 00 66 00 00 00 4four Образец №2, отн. деформация 0,52Sample No. 2, rel. deformation 0.52 2.42.4 100one hundred 0.60.6 0.30.3 0.350.35 99 0.20.2 0.30.3 0.30.3 55 Образец №3, отн. деформация 0,69Sample No. 3, rel. deformation 0.69 33 100one hundred 1one 0.70.7 0.60.6 3.53.5 0.10.1 0.50.5 0.20.2 66 Образец №4, отн. деформация 0,84Sample No. 4, rel. strain 0.84 88 100one hundred 77 1010 0.60.6 55 0.20.2 30thirty 22 Примечание: в таблице под значениями индексов рефлексов приведеныNote: in the table below the reflex indices are shown минимальные углы между плоскостью (100) и плоскостью (hkl).minimum angles between the (100) plane and the (hkl) plane.

Анализ данных показал, что до деформации менее 50% от исходной толщины образца разориентация блоков монокристалла на большие углы не наблюдается. При больших деформациях наблюдаются повороты кристаллографических плоскостей на любые углы. С ростом деформации объем блоков образца, повернутых на большие углы, возрастает. На чертеже представлены рентгенограммы: монокристалл LiF (см. чертеж, а), порошок LiF (см. чертеж, б) и оптическая керамика LiF - образец №4 (см. чертеж, в). На рентгенограмме монокристалла присутствуют два рефлекса (200) и (400), которые являются отражением от одной кристаллографической плоскости (100). Рентгенограмма порошка фторида лития соответствует карточке порошковой базы данных PDF №78-1217. На рентгенограмме керамического образца присутствует полная картина пиков, которая присуща спектру порошка, из чего можно сделать заключение о том, что при деформациях больше 80% дифракционные картины порошка и деформированного образца качественно не различаются, то есть образец становится поликристаллом.An analysis of the data showed that prior to deformation of less than 50% of the initial sample thickness, misorientation of single crystal blocks to large angles was not observed. With large deformations, rotations of the crystallographic planes at any angles are observed. With increasing strain, the volume of sample blocks rotated at large angles increases. The drawing shows x-ray: a single crystal LiF (see drawing, a), powder LiF (see drawing, b) and optical ceramics LiF - sample No. 4 (see drawing, c). The X-ray diffraction pattern of a single crystal contains two reflections (200) and (400), which are a reflection from one crystallographic plane (100). The X-ray powder pattern of lithium fluoride corresponds to the powder database card PDF No. 78-1217. The X-ray diffraction pattern of the ceramic sample contains a complete peak pattern, which is inherent in the powder spectrum, from which we can conclude that when strains are more than 80%, the diffraction patterns of the powder and the deformed sample do not differ qualitatively, that is, the sample becomes a polycrystal.

Ниже приведены некоторые конкретные примеры осуществления изобретения, не ограничивающие его объем.The following are some specific examples of the invention, not limiting its scope.

Пример 1.Example 1

Лазерный монокристалл CaF2, содержащий 5 мол.% YbF3, выращенный методом Бриджмена, был нагрет до температуры 1350°С и путем приложения давления подвергнут осаживанию со степенью пластической деформации 80% в вакууме 10-2 Торр. Образец был охлажден до комнатной температуры. При сохранении лазерного качества образец приобрел поликристаллическую структуру согласно данным рентгенографии и дифракции обратно отраженных электронов. Микротвердость составила 600 ГПа (для монокристалла 500 ГПа), вязкость разрушенияThe CaF 2 laser single crystal containing 5 mol% YbF 3 grown by the Bridgman method was heated to a temperature of 1350 ° C and subjected to pressure deposition with a plastic strain of 80% in a vacuum of 10 -2 Torr. The sample was cooled to room temperature. While maintaining laser quality, the sample acquired a polycrystalline structure according to the data of X-ray diffraction and diffraction of back-reflected electrons. The microhardness was 600 GPa (for a single crystal 500 GPa), fracture toughness

К 10.2 МПа·м-0.5 (для монокристалла 1,5 МПа·м-0.5). Размер зерен составлял 10-40 мкм.K 1C 10.2 MPa · m –0.5 (for a single crystal 1.5 MPa · m –0.5 ). The grain size was 10-40 microns.

Пример 2.Example 2

Монокристалл фтористого лития, выращенный методом Киропулоса, был нагрет до температуры 600°С и путем приложения давления подвергнут осаживанию со степенью пластической деформации 84% в прессе с усилием до 1 т. Согласно рентгенографии и дифракции обратно отраженных электронов образец приобрел поликристаллическую структуру. Размер зерен по данным оптической микроскопии составил 3-7 мкм. Микротвердость, измеренная методом индентирования алмазной пирамидкой Виккерса, имеет величину 150 кг/мм2 (для монокристалла 137 кг/мм2). Оптическая микроскопия образцов после химического травления выявила структурированность образца с характерным размером 100-150 нм. Затем было проведено облучение поликристаллического материала ионизирующим излучением с дозой 108 Рад, в результате чего наводились F2- лазерные центры окраски. Коэффициент поглощения на длине волны 965 нм составил 3,1 см-1, что соответствует концентрации F2- центров 1017 см-3. Микротвердость облученного поликристаллического образца составила 186 кг/мм2, что свидетельствует об улучшении механических характеристик. На полученном образце была получена лазерная генерация на длине волны 1112 нм при накачке излучением 975 нм от лазерного диода IPG с волоконно-оптическим выводом мощностью 12 Вт. Порог генерации составил 2,2 Вт, что ниже, чем у монокристаллического образца (4,6 Вт), облученного в тех же условиях, дифференциальный КПД генерации составил 23% по сравнению с 18% для монокристаллического образца.The lithium fluoride single crystal grown by the Kyropoulos method was heated to a temperature of 600 ° C and, by applying pressure, was subjected to deposition with a plastic strain of 84% in a press with a force of up to 1 ton. According to X-ray diffraction and diffraction of back-reflected electrons, the sample acquired a polycrystalline structure. The grain size according to optical microscopy was 3-7 microns. The microhardness measured by indentation by the Vickers diamond pyramid has a value of 150 kg / mm 2 (for a single crystal 137 kg / mm 2 ). Optical microscopy of the samples after chemical etching revealed the structure of the sample with a characteristic size of 100-150 nm. Then, a polycrystalline material was irradiated with ionizing radiation with a dose of 10 8 Rad, as a result of which F 2 - laser color centers were induced. The absorption coefficient at a wavelength of 965 nm was 3.1 cm -1, which corresponds to the concentration of F 2 - centers 10 17 cm -3. The microhardness of the irradiated polycrystalline sample was 186 kg / mm 2 , which indicates an improvement in mechanical characteristics. On the obtained sample, laser generation was obtained at a wavelength of 1112 nm when pumped with 975 nm radiation from an IPG laser diode with a 12 W fiber optic output. The generation threshold was 2.2 W, which is lower than that of a single-crystal sample (4.6 W) irradiated under the same conditions, the differential generation efficiency was 23% compared to 18% for a single-crystal sample.

Пример 3.Example 3

Монокристалл CaF2, содержащий 0.01% NaF, выращенный методом Бриджмена, был нагрет до температуры 1100°С и путем приложения давления подвергнут осаживанию со степенью пластической деформации 55% в вакууме 10-2 Торр. Образец приобрел поликристаллическую структуру. Микротвердость составила 255 ГПа (для монокристалла 200 ГПа), вязкость разрушения К1C 4.7 МПа·м-0.5 (для монокристалла 1.5 МПа·м-0.5). Затем было проведено аддитивное окрашивание, в результате чего появились лазерные центры окраски с концентрацией 1015 см-3. Размер зерен составлял 40-70 мкм.A CaF 2 single crystal containing 0.01% NaF grown by the Bridgman method was heated to a temperature of 1100 ° C and, by applying pressure, it was deposited with a plastic strain of 55% in a vacuum of 10 -2 Torr. The sample acquired a polycrystalline structure. The microhardness was 255 GPa (for a single crystal 200 GPa), fracture toughness K 1C 4.7 MPa · m –0.5 (for a single crystal 1.5 MPa · m –0.5 ). Then, additive staining was carried out, as a result of which laser color centers with a concentration of 10 15 cm -3 appeared . The grain size was 40-70 microns.

Пример 4.Example 4

Монокристалл SrF2, содержащий 0,7% NdF3, выращенный методом Бриджмена, был нагрет до температуры 1480°С во фторирующей атмосфере (CF4), в результате чего расплавился и был обжат между графитовыми пластинками до степени деформации 90%. Размер полученных зерен кристаллов составил 80-100 мкм. Концентрация лазерно-активных центров составила 1021 см-3, характеристики полученного лазерного материала аналогичны характеристикам, указанным в примере 2.The SrF 2 single crystal containing 0.7% NdF 3 grown by the Bridgman method was heated to a temperature of 1480 ° C in a fluorinating atmosphere (CF 4 ), as a result of which it melted and was squeezed between graphite plates to a degree of deformation of 90%. The size of the obtained crystal grains was 80-100 microns. The concentration of laser-active centers was 10 21 cm -3, the characteristics of the obtained laser material are similar to those specified in example 2.

Заявленными способами были получены также керамические лазерные материалы на основе CaF2:Nd, SrF2:Yb, CaF2-SrF2:Yb, BaF2:Er, NaF, LiYF4, которые были лишены спайности.The claimed methods have also been obtained ceramic laser materials based on CaF 2 : Nd, SrF 2 : Yb, CaF 2 -SrF 2 : Yb, BaF 2 : Er, NaF, LiYF 4 , which were devoid of cleavage.

Вязкость разрушения полученных образцов в 2-6 раз выше по сравнению с соответствующими монокристаллическими материалами, а микротвердость оказалась выше на 10-15%. Теплопроводность и спектроскопические характеристики полученной фторидной нанокерамики практически не отличаются от характеристик соответствующего монокристалла.The fracture toughness of the obtained samples is 2-6 times higher in comparison with the corresponding single-crystal materials, and the microhardness is 10-15% higher. The thermal conductivity and spectroscopic characteristics of the obtained fluoride nanoceramics practically do not differ from the characteristics of the corresponding single crystal.

Сравнительные характеристики генерационных свойств монокристаллов и образцов керамики, полученной заявленным способом, приведены ниже на примере образца из фторида лития.Comparative characteristics of the lasing properties of single crystals and ceramic samples obtained by the claimed method are shown below on the example of a sample of lithium fluoride.

Измеренные спектры люминесценции и время жизни F2- центров окраски в керамических образцах при возбуждении наносекундным перестраиваемым лазером LiF:F2+ с длиной волны генерации около 920 нм не отличались от измеренных в аналогичных условиях для монокристаллического образца толщиной 7 мм. Лазерная генерация монокристаллов и керамики LiF:F2- исследовалась при накачке лазерным диодом IPG с волоконным (диаметр волокна 100 мкм) выводом излучения мощностью 12 Вт и длиной волны генерации 967 нм. Лазерный диод работал в квазинепрерывном режиме генерации с длительностью накачки 1 мс и частотой повторения 5 Гц. Излучения лазерного диода фокусировалось в образец одиночной линзой с фокусным расстоянием 5 мм. Резонатор лазера был образован дихроичным плоским зеркалом с пропусканием 95% на длине волны накачки и с отражением 100% на длине волны генерации лазера (около 1.117 мкм) и выходным сферическим зеркалом 40 мм от плоского зеркала. Средняя мощность выходного излучения и накачки измерялась измерителем мощности ЕРМ-100, а длины волн генерации и накачки измерителем волн LRL005.The measured spectra and luminescence lifetime of F 2 - color centers in ceramic samples with excitation by nanosecond laser tunable LiF: F 2 + with lasing wavelengths near 920 nm were not different from those measured under similar conditions for the single crystal sample of 7 mm in thickness. Laser generation of single crystals and LiF: F 2 ceramics - was investigated when pumped with an IPG laser diode with a fiber (fiber diameter of 100 μm) radiation output with a power of 12 W and a generation wavelength of 967 nm. The laser diode operated in a quasi-continuous mode of generation with a pump duration of 1 ms and a repetition rate of 5 Hz. The laser diode radiation was focused into the sample with a single lens with a focal length of 5 mm. The laser cavity was formed by a dichroic plane mirror with a transmission of 95% at the pump wavelength and with a reflection of 100% at the laser generation wavelength (about 1.117 μm) and an output spherical mirror 40 mm from the plane mirror. The average output and pump power was measured with an EPM-100 power meter, and the generation and pump wavelengths were measured with a LRL005 wave meter.

Керамические образцы имели более низкий порог генерации. Максимальный КПД генерации был получен для керамического образца толщиной 4 мм и составил 26%, причем его КПД генерации при чуть более высокой максимальной выходной мощности и примерно в 1.5 раза меньшем поглощении керамического образца толщиной 4 мм значительно превышал КПД монокристаллического образца (18%). Измерен спектр генерации лазера на основе керамического образца. Максимум длины волны генерации находился на длине волны 1.117 мкм при ширине спектра генерации около 5 нм.Ceramic samples had a lower generation threshold. The maximum generation efficiency was obtained for a ceramic sample 4 mm thick and amounted to 26%, and its generation efficiency at a slightly higher maximum output power and about 1.5 times lower absorption of a ceramic sample 4 mm thick significantly exceeded the efficiency of a single-crystal sample (18%). The laser emission spectrum based on a ceramic sample was measured. The maximum wavelength of the generation was at a wavelength of 1.117 μm with a spectral width of about 5 nm.

Исследование генерационных свойств материалов в соответствии с настоящим изобретением показало перспективность полученной фторидной керамики для разработки на ее основе лазеров, в том числе, обеспечивающих режим синхронизации мод для генераторов пико- и фемтосекундного диапазона.The study of the lasing properties of the materials in accordance with the present invention showed the promise of the obtained fluoride ceramics for developing lasers based on it, including those providing a mode locking mode for pico- and femtosecond oscillators.

Claims (5)

1. Способ изготовления лазерного материала, включающий термомеханическую обработку монокристалла, выполненного из галогенидов металлов, и охлаждение, отличающийся тем, что термомеханическую обработку осуществляют до степени деформации монокристалла 55-90% при температуре текучести выбранного монокристалла с получением керамического поликристаллического микроструктурированного вещества, характеризующегося размером зерен кристаллов 3-100 мкм и включающего двойниковую наноструктуру внутри зерен размером 50-300 нм.1. A method of manufacturing a laser material, including thermomechanical processing of a single crystal made of metal halides, and cooling, characterized in that the thermomechanical processing is carried out to a degree of deformation of the single crystal of 55-90% at a pour point of the selected single crystal to obtain a ceramic polycrystalline microstructured substance characterized by grain size crystals of 3-100 microns and including a twin nanostructure inside grains with a size of 50-300 nm. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве галогенидов металлов используют фториды щелочных, щелочноземельных и редкоземельных металлов или их твердых растворов.2. The method according to claim 1, characterized in that the metal halides use fluorides of alkali, alkaline earth and rare earth metals or their solid solutions. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что деформацию осуществляют при температуре текучести соответствующего монокристалла в интервале температур выше 2/3 абсолютной температуры плавления монокристалла до температуры его плавления.3. The method according to claim 1, characterized in that the deformation is carried out at a pour point of the corresponding single crystal in the temperature range above 2/3 of the absolute melting temperature of the single crystal to its melting temperature. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что после охлаждения в кристаллах создают лазерно-активные центры окраски методом аддитивного или электролитического окрашивания или ионизирующим излучением.4. The method according to claim 1, characterized in that after cooling in the crystals create laser-active color centers by the method of additive or electrolytic staining or ionizing radiation. 5. Лазерный материал, представляющий собой керамическое поликристаллическое микроструктурированное вещество с размером зерен 3-100 мкм, включающее двойниковую наноструктуру внутри зерен размером 50-300 нм, выполненное из галогенидов щелочных, щелочноземельных и редкоземельных металлов или их твердых растворов, имеющее вакансионные или примесные лазерно-активные центры с концентрацией 1015-1021 см-3, и изготовленный способом, охарактеризованным в пп.1-4. 5. The laser material, which is a ceramic polycrystalline microstructured substance with a grain size of 3-100 microns, including a twin nanostructure inside the grains of 50-300 nm in size, made of halides of alkali, alkaline earth and rare earth metals or their solid solutions, having vacancy or impurity laser active centers with a concentration of 10 15 -10 21 cm -3 , and manufactured by the method described in claims 1-4.
RU2007130159/15A 2007-08-08 2007-08-08 Ceramic laser microstructured material with twinned nanostructure and method of making it RU2358045C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007130159/15A RU2358045C2 (en) 2007-08-08 2007-08-08 Ceramic laser microstructured material with twinned nanostructure and method of making it

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007130159/15A RU2358045C2 (en) 2007-08-08 2007-08-08 Ceramic laser microstructured material with twinned nanostructure and method of making it

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007130159A RU2007130159A (en) 2009-02-27
RU2358045C2 true RU2358045C2 (en) 2009-06-10

Family

ID=40529270

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007130159/15A RU2358045C2 (en) 2007-08-08 2007-08-08 Ceramic laser microstructured material with twinned nanostructure and method of making it

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2358045C2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2484187C1 (en) * 2011-12-08 2013-06-10 Закрытое акционерное общество "ИНКРОМ" (ЗАО "ИНКРОМ") Laser fluoride nanoceramic and method for production thereof
RU172569U1 (en) * 2016-12-30 2017-07-13 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ИГУ") SOURCE OF ELECTRIC MOVING POWER
RU2771025C1 (en) * 2021-06-07 2022-04-25 Общество с ограниченной ответственностью «Микролазер» (ООО «Микролазер») Method for observing the internal structure of transparent objects with a high refractive index
RU2816198C1 (en) * 2023-08-14 2024-03-26 Общество с ограниченной ответственностью "Оптические элементы и материалы" Method of producing workpieces of optical polycrystalline materials based on fluorides

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2484187C1 (en) * 2011-12-08 2013-06-10 Закрытое акционерное общество "ИНКРОМ" (ЗАО "ИНКРОМ") Laser fluoride nanoceramic and method for production thereof
RU172569U1 (en) * 2016-12-30 2017-07-13 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ИГУ") SOURCE OF ELECTRIC MOVING POWER
RU2771025C1 (en) * 2021-06-07 2022-04-25 Общество с ограниченной ответственностью «Микролазер» (ООО «Микролазер») Method for observing the internal structure of transparent objects with a high refractive index
WO2022260554A1 (en) * 2021-06-07 2022-12-15 Общество С Ограниченной Ответственностью "Микролазер" Method of inspecting the internal structure of transparent objects with a high refractive index
RU2816198C1 (en) * 2023-08-14 2024-03-26 Общество с ограниченной ответственностью "Оптические элементы и материалы" Method of producing workpieces of optical polycrystalline materials based on fluorides

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007130159A (en) 2009-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Penilla et al. Gain in polycrystalline Nd-doped alumina: leveraging length scales to create a new class of high-energy, short pulse, tunable laser materials
Stevenson et al. Fluoride materials for optical applications: Single crystals, ceramics, glasses, and glass–ceramics
Pokhrel et al. Highly efficient NIR to NIR and VIS upconversion in Er 3+ and Yb 3+ doped in M 2 O 2 S (M= Gd, La, Y)
Lyberis et al. Origin of light scattering in ytterbium doped calcium fluoride transparent ceramic for high power lasers
Lyapin et al. Spectroscopic, luminescent and laser properties of nanostructured CaF2: Tm materials
Fedorov et al. Fluoride laser nanoceramics
Jing et al. Synthesis, spectroscopic characterization and laser operation of Ho3+ in “mixed”(Lu, Sc) 2O3 ceramics
RU2358045C2 (en) Ceramic laser microstructured material with twinned nanostructure and method of making it
Bagayev et al. Ho: YAG transparent ceramics based on nanopowders produced by laser ablation method: Fabrication, optical properties, and laser performance
Ding et al. Crystal growth and characterization of a mixed laser crystal: Nd-doped Gd 0.89 La 0.1 NbO 4
Li et al. Effect of Yb concentration on the microstructures, spectra, and laser performance of Yb: CaF2 transparent ceramics
Gao et al. Effect of Yb3+ concentration on microstructure and optical properties of Yb: SrF2 transparent ceramics
Wang et al. Pressure-induced reversible phase transition and amorphization of CH $ _3 $ NH $ _3 $ PbI $ _3$
Mikheev et al. Laser image recording on detonation nanodiamond films
Antipov et al. Structural, optical, and spectroscopic properties and efficient two-micron lasing of new Tm3+: Lu2O3 ceramics
Zhang et al. Er3+-doped LuYSGG crystal as a potential 2.79 μm radiation-resistant laser material
RU2436877C1 (en) Method of producing fluoride nanoceramic
US5471493A (en) Sc2+ based active crystalline luminescent media for laser systems tunable in UV-visible spectral range
Basiev et al. Fluoride optical nanoceramics
Xue et al. Spectroscopic and laser properties of Tm: CNGG crystals grown by the micro-pulling-down method
Bol'shchikov et al. Tunable quasi-cw two-micron lasing in diode-pumped crystals of mixed Tm3+-doped sodium—lanthanum—gadolinium molybdates and tungstates
US20200283344A1 (en) Transparent fluoride ceramic material and a metod for its preparation
Mukaide et al. High pressure and high temperature phase transformations in LiNbO 3
Yu et al. Fabrication, microstructure and optical properties of Ce: SrF2 transparent ceramics
RU2431910C1 (en) Polycrystalline laser material

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200809