RU2369670C1 - Лазерное вещество - Google Patents
Лазерное вещество Download PDFInfo
- Publication number
- RU2369670C1 RU2369670C1 RU2008113420/15A RU2008113420A RU2369670C1 RU 2369670 C1 RU2369670 C1 RU 2369670C1 RU 2008113420/15 A RU2008113420/15 A RU 2008113420/15A RU 2008113420 A RU2008113420 A RU 2008113420A RU 2369670 C1 RU2369670 C1 RU 2369670C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ions
- bay
- crystals
- laser
- radiation
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области материалов электронной техники и может найти применение при создании новых устройств фотоники, квантовой электроники и оптики УФ-диапазона спектра. В лазерное вещество на основе кристалла фторида бария и иттрия, активированное трехвалентными ионами церия BaY2F8:Ce3+, дополнительно введены ионы иттербия и лютеция в концентрации 0,5-5,0 ат.% и 1-5 ат.%, соответственно. Это позволяет уменьшить коэффициент потерь (коэффициент поглощения центров окраски) в области длин волн 300-400 нм, наведенных излучением накачки, в 1,5-2,7 раза, а также реализовать эффект лазерной генерации на межконфигурационных 5d-4f переходах ионов Ce3+ в кристаллах BaY2F8. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области материалов электронной техники и может найти применение при создании новых устройств фотоники, квантовой электроники и оптики ультрафиолетового (УФ) диапазона спектра.
Известно, что одним из перспективных способов получения перестраиваемого по частоте лазерного излучение УФ-диапазона является использование межконфигурационных 5d-4f переходов ионов лантаноидов, внедренных в широкозонные диэлектрические кристаллы. В то же время, из-за эффектов поглощения из возбужденных состояний и образования центров окраски под действием излучения накачки, УФ лазерная генерация реализована лишь на нескольких кристаллических активных средах [1]. Бороться с образованием центров окраски под действием излучения накачки для некоторых кристаллических материалов удается кристаллохимическим методом, заключающимся в соактивации образцов ионами Yb3+ и Lu3+ [2], [3]. Однако данный метод не является универсальным, т.к. эффекты уменьшения коэффициента поглощения индуцированных излучением накачки центров окраски не всегда наблюдаются в желаемой спектральной области, или же происходит изменение валентности соактиваторных ионов, сопровождающееся возникновением новых полос поглощения в области возможной лазерной генерации [4].
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, по совокупности совпадения характерных признаков и достигаемых результатов, является кристалл BaY2F8, активированный ионами церия [5].
По данным [5] кристаллы BaY2F8, активированные ионами Ce3+, в условиях импульсной накачки излучением XeCl-лазера, обладают способностью кратковременно усиливать ультрафиолетовое излучение в области 345 нм. Однако вследствие образования и накопления под действием излучения накачки долгоживущих центров окраски, обладающих поглощением в области длин волн возможной лазерной генерации (300-400 нм), коэффициент усиления оптического излучения в области 5d-4f переходов церия на длине волны 345 нм уменьшается с каждым актом накачки. В результате, после нескольких десятков импульсов накачки, эффект усиления УФ-излучения сменяется эффектом поглощения [5]. Именно по этой причине лазерная генерация, в ультрафиолетовом диапазоне с использованием в качестве рабочих переходов межконфигурационных 5d-4f переходов ионов Ce3+ в кристаллах BaY2F8, реализована не была.
Целью изобретения является создание лазерного вещества на основе кристалла двойного фторида бария и иттрия (BaY2F8), активированного ионами церия, использующего в качестве рабочих переходов межконфигурационные 5d-4f переходы ионов Ce3+.
Поставленная цель достигается тем, что помимо ионов церия в кристаллы BaY2F8 дополнительно вводятся ионы иттербия и лютеция. Концентрация дополнительно вводимых ионов Yb3+ и Lu3+ составляет, соответственно, от 0,5 до 5 ат.% и 1-5 ат.%. При этом, по сравнению с кристаллом прототипа, обеспечивается:
1) уменьшение коэффициента потерь (коэффициент поглощения центров окраски) в области длин волн 300-400 нм, наведенных излучением накачки, от 1,5 до 2,7 раза;
2) реализация эффекта лазерной генерации на межконфигурационных 5d-4f переходах ионов церия в кристаллах BaY2F8.
Новизна заявляемого лазерного вещества состоит в том, что для кристаллов данного химического состава (BaY2F8) УФ лазерная генерация до сих пор реализована не была, и в литературе не обнаружено технических решений, обладающих указанной совокупностью признаков и приводящих к достижению заявляемых целей.
Заявляемое лазерное вещество не является очевидным для специалистов, занимающихся поисковыми исследованиями новых активных сред, кристаллы BaY2F8, активированные ионами Ce3+ и одновременно соактивированные ионами Yb3+ и Lu3+, ранее не исследовались, что явилось объективной причиной, не позволившей ранее получить заявленный технический результат.
Как показали проведенные эксперименты, в случае промышленного применения заявляемого лазерного вещества с оптимальным содержанием ионов иттербия и лютеция, удается расширить диапазон длин волн, в котором лазерное УФ-излучение может быть получено без использования техники нелинейного преобразования частот лазеров других диапазонов, что, в свою очередь, позволяет сделать более дешевыми, по сравнению с существующими, источники когерентного УФ-излучения.
ПРИМЕР 1.
Выращивание кристаллов осуществлялось методом Бриджмена-Стокбаргера в графитовых тиглях в ростовой установке накального типа. Для того чтобы обеспечить высокую степень чистоты выращиваемых кристаллов, использовались компоненты химической чистоты не менее 99.999%. Шихту помещали в графитовый тигель и сушили в камере ростовой установки в вакууме (5×10-5 мм рт.ст.) при температуре 200°C в течение 24 часов. Затем исходная смесь нагревалась до температуры плавления и выдерживалась при температуре 1015°C в течение 4 часов. Рост кристаллов осуществляли в атмосфере газообразного аргона химической чистоты 99.99% и давлении 1300 гПа. Скорость выращивания кристалла составляла 0,5 мм/ч. Скорость вращения тигля вокруг оси составляла 6 об./мин. Полученные кристаллические образцы имели вид конусообразных стержней со средним диаметром 6 мм и длиной до 30÷35 мм. Кристаллы не имели окраски, были прозрачными и хорошего оптического качества. Кристаллы ориентировались с помощью методов рентгеновской дифрактометрии. Затем из них изготавливались образцы в виде полированных пластин размером 4×4×1 мм. Расположение кристаллографических осей c и b выбиралось таким образом, чтобы они лежали в плоскости пластин и обеспечивали возможность измерений поляризационно-зависимых оптических свойств образцов. Для сравнительных экспериментов использовали кристалл прототипа BaY2F8:Ce3+ и кристалл заявляемого химического состава BaY0.94Lu0.04Yb0.02F4:Ce3+. Концентрация ионов Ce3+ составляла в обоих случаях 0,5 ат.%.
Исследование характеристик индуцированного излучением накачки спектров поглощения долгоживущих центров окраски в образцах осуществляли методом зондирования возбужденных образов пробным излучением (метод "накачка-зондирование", в англоязычной литературе - pump-probe experiments). Длина волны накачки составляла 300 нм. Плотность энергии накачки 0,9 Дж/см2. В качестве излучения зондирования использовали излучение галогеновой лампы накаливания. Спектры поглощения центров окраски, индуцируемых излучением накачки в кристаллах прототипа и заявляемого химического состава, приведены на фиг.1.
В случае дополнительного легирования кристаллов BaY2F8:Ce3+ ионами Yb3+ и Lu3+ с концентрациями, соответственно, 4 и 2 ат.%, коэффициент индуцированных излучением центров окраски в области длин волн 310÷380 нм оказывается в 2,7 раза меньше, чем в кристаллах прототипа.
ПРИМЕР 2.
Качество и способы подготовки компонентов шихты, а также условия выращивания кристаллов для экспериментов, направленных на реализацию эффекта лазерной генерации, были идентичными описанным в примере 1. Однако, в отличие от примера 1, выращивание кристаллов осуществлялось «на затравку»: в затравочную камеру тигля помещался ориентированный кристалл того же состава. При этом расположение оптической оси затравки определяло направление оптической оси выращиваемого кристалла. Выращивались образцы химического состава BaY0.93Lu0.05Yb0.02F4:Ce3+, где концентрация ионов Ce3+ составляла 0,5 ат.% (c=0,5 ат.%), с расположением кристаллографических осей c и b лежащими в плоскости, перпендикулярной направлению роста кристаллов. Размер и оптическое качество полученных кристаллов были такими же, как описанные в примере 1. Из них изготавливались активные элементы, представляющие собой цилиндры с плоскопараллельными основаниями и плоским окном, длиной, равной длине цилиндра, и высотой 4 мм, выполированным на образующей цилиндра. Расположение окна выбиралось таким образом, чтобы кристаллографическая ось b лежала в его плоскости.
Эксперименты по возбуждению лазерной генерации осуществлялись по поперечной схеме накачки. В качестве источника накачки использовался лазер на эксимерной смеси ксенона и хлора с длиной волны излучения 308 нм. Частота следования импульсов накачки - 0,5 Гц. Максимальная плотность энергии накачки на поверхности образца составляла 950 мДж/см2. Лазерный резонатор был образован плоскими зеркалами с коэффициентами отражения в области 300÷390 нм, соответственно, 99% и 82%. Порог возбуждения лазерной генерации на длине волны 344 нм составил 52 мДж/см2, а дифференциальный КПД генерации - 18%. Выходные характеристики лазера приведены на фиг.2. В кристаллах прототипа лазерную генерацию не удалось получить из-за образования и накопления в образцах долгоживущих центров окраски коэффициент поглощения, которых превышал коэффициент усиления на 5d-4f переходах ионов Ce3+.
Источники информации
1. Семашко В.В. Проблемы поиска новых твердотельных активных сред ультрафиолетового и вакуумно-ультрафиолетового диапазонов спектра: роль фотодинамических процессов / В.В.Семашко // ФТТ - 2005 - Т.47 - №8 - С.1450-1454.
2. Semashko V.V. Laser properties of the excimer-pumped photochemically stabilized Ce3+:LiLuF4 tunable UV active material / V.V.Semashko, M.A.Dubinskii, R.Yu.Abdulsabirov, A.K.Naumov, S.L.Korableva, P.Misra, C.Haridas // Proc. of the Internat. Conf. on LASERS 2000 (Albuquerque, NM, Dec.4-8, 2000), STS Press, McLean, VA - 2001 - P.675-678.
3. Laroche M. Beneficial effect of Lu3+ and Yb3+ ions in UV laser materials / M.Laroche, S.Girard., R.Moncourge, M.Bettinelli, R.Abdulsabirov, V.Semashko // Opt. Materials - 2003 - V.22 - №2. - Р.147-154.
4. Низамутдинов А.С. Исследование фотодинамических процессов в кристаллах CaF2, активированных ионами Ce3+ и Yb3+ / А.С.Низамутдинов, В.В.Семашко, А.К.Наумов, Р.Ю.Абдулсабиров, С.Л.Кораблева, М.А.Марисов // ФТТ - 2005 - Т.47 - №8 - С.1403-1405.
5. Каминский А.А. Усиление УФ-излучения на межконфигурационном переходе 5d-4f иона Ce3+ в BaY2F8 / А.А.Каминский, С.А.Кочубей, К.Н. Наумочкин, Е.В.Пестряков, В.И.Трунов, Т.В.Уварова // Квантовая электроника. - 1989. - Т.16. - №3. - С.514-517.
Claims (1)
- Лазерное вещество на основе кристалла фторида бария и иттрия, активированного трехвалентными ионами церия BaY2F8:Ce3+, отличающееся тем, что в него дополнительно введены ионы иттербия и лютеция в концентрации 0,5-5,0 ат.% и 1-5 ат.% соответственно.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008113420/15A RU2369670C1 (ru) | 2008-03-31 | 2008-03-31 | Лазерное вещество |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008113420/15A RU2369670C1 (ru) | 2008-03-31 | 2008-03-31 | Лазерное вещество |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2369670C1 true RU2369670C1 (ru) | 2009-10-10 |
Family
ID=41260926
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008113420/15A RU2369670C1 (ru) | 2008-03-31 | 2008-03-31 | Лазерное вещество |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2369670C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104562183A (zh) * | 2014-12-31 | 2015-04-29 | 西南技术物理研究所 | 大尺寸稀土掺杂氟化钇钡单晶生长方法 |
-
2008
- 2008-03-31 RU RU2008113420/15A patent/RU2369670C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
КАМИНСКИЙ А.А. и др. Усиление УФ-излучения на межконфигурационном переходе 5d-4f иона Ce 3+ в BaY 2 F 8 . Квантовая электроника. - 1989, т.16, №3, стр.513-517. DORENBOS P. The 4f n ↔4f n-1 5d transition of the trivalent lanthanides in halogenides and chalcogenides, "Journal of Luminescence, 2000, vol.91, no.1-2, p.p.91-106. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104562183A (zh) * | 2014-12-31 | 2015-04-29 | 西南技术物理研究所 | 大尺寸稀土掺杂氟化钇钡单晶生长方法 |
CN104562183B (zh) * | 2014-12-31 | 2018-01-19 | 西南技术物理研究所 | 大尺寸稀土掺杂氟化钇钡单晶生长方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Akchurin et al. | CaF2: Yb laser ceramics | |
JP4911494B2 (ja) | 波長変換光学素子、波長変換光学素子の製造方法、波長変換装置、紫外線レーザ照射装置およびレーザ加工装置 | |
Shimamura et al. | Growth of Ce-doped LiCaAlF6 and LiSrAlF6 single crystals by the Czochralski technique under CF4 atmosphere | |
EP0201600B1 (en) | Solid state laser employing diamond having color centers as a laser active material | |
JPH04219316A (ja) | 単相ストロンチウムおよびランタニド混合酸化物およびこの混合酸化物の単結晶を使用するレーザ | |
Bensalah et al. | Growth of Tm, Ho-codoped YLiF4 and LuLiF4 single crystals for eye-safe lasers | |
Basiev et al. | New materials for SRS lasers | |
RU2362844C1 (ru) | Лазерное вещество | |
Yang et al. | Growth and characterization of Yb: Ho: YAG single crystal fiber | |
CN102560658A (zh) | 一种铬镨共掺的铒激活铝酸钆钙新型中波红外激光晶体 | |
RU2369670C1 (ru) | Лазерное вещество | |
Shavelev et al. | Single crystals with advanced laser properties LiCaAlF6: Ce3+ grown by Bridgman technique | |
Peña et al. | Yb: CaF2 grown by liquid phase epitaxy | |
Geetha et al. | Habit modification and improvement in properties of potassium hydrogen phthalate (KAP) crystals doped with metal ions | |
Shimamura et al. | Growth of Ce-doped colquiriite-and scheelite-type single crystals for UV laser applications | |
Bol'shchikov et al. | Tunable quasi-cw two-micron lasing in diode-pumped crystals of mixed Tm3+-doped sodium—lanthanum—gadolinium molybdates and tungstates | |
CN102560661A (zh) | 一种铬镨共掺的铒激活铝酸钇钙新型中波红外激光晶体 | |
CN102560657A (zh) | 一种铬镨共掺的铒激活铝酸镧钙新型中波红外激光晶体 | |
Ranieri et al. | Crystal growth of Ce: LiLuF4 for optical applications | |
CN1422994A (zh) | 掺铬硼酸镧钪可调谐激光晶体 | |
Pujol et al. | Yb3+-doped KLu (WO4) 2, Nb: RbTiOPO4 and KGd (PO3) 4 crystals. Growth, characterization and laser operation | |
Babkina et al. | Temperature effect on spectral properties of cesium lead bromide perovskite nanocrystals in borogermanate glass | |
US4964133A (en) | Lasers in alkali halides using N and R color-centers | |
Hong et al. | Influences of CO2 laser irradiation on the structure and photoluminescence of zinc oxide thin films | |
Shimoda et al. | Fabrication of highly ytterbium (Yb3+)-doped YAG thin film by pulsed laser deposition |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100401 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20120210 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130401 |