RU2395883C2 - Laser material - Google Patents
Laser material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2395883C2 RU2395883C2 RU2008133152/28A RU2008133152A RU2395883C2 RU 2395883 C2 RU2395883 C2 RU 2395883C2 RU 2008133152/28 A RU2008133152/28 A RU 2008133152/28A RU 2008133152 A RU2008133152 A RU 2008133152A RU 2395883 C2 RU2395883 C2 RU 2395883C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ions
- laser material
- garnet
- laser
- activator
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к материалам для твердотельных лазеров, преимущественно, к материалам для перестраиваемых лазеров и лазеров со сверхкороткой длительностью импульса.The invention relates to materials for solid-state lasers, mainly to materials for tunable lasers and lasers with ultra-short pulse duration.
Известен лазерный материал со структурой граната - иттрий-алюминиевый гранат Y3Al5O12 ИАГ, содержащий от 0.05 до 5 ат.% Mn3+ и способный излучать перестраиваемое лазерное излучение в двух спектральных областях - от 0,59 до 0,63 мкм и от 1,04 до 1,2 мкм при накачке, например, аргоновым лазером в полосу поглощения 0,48 мкм [1] (патент США №5280534). Недостатком этого материала является возможность существования активаторного иона марганца одновременно в нескольких валентных состояниях, в первую очередь, в более стабильном, чем Mn3+, четырехвалентном состоянии. Для перевода основной части четырехвалентного марганца в трехвалентное состояние в указанном патенте предложен длительный отжиг выращенных кристаллов ИАГ: Mn в атмосфере водорода, однако переход не является полным (только примерно 80% марганца в форме трехвалентных ионов после 8 часов отжига при 1300°С), а ионы четырехвалентного марганца имеют собственные полосы поглощения и люминесценции, наличие которых ухудшает условия и параметры лазерной генерации. К тому же не изучена долговременная стабильность ионов трехвалентного марганца при воздействии на кристалл излучения накачки, которое может способствовать переходу марганца в более стабильное четырехвалентное состояние.Known laser material with a garnet structure - yttrium-aluminum garnet Y 3 Al 5 O 12 YAG, containing from 0.05 to 5 at.% Mn 3+ and capable of emitting tunable laser radiation in two spectral regions - from 0.59 to 0.63 μm and from 1.04 to 1.2 μm when pumped, for example, with an argon laser into the absorption band of 0.48 μm [1] (US patent No. 5280534). The disadvantage of this material is the possibility of the existence of an activator manganese ion simultaneously in several valence states, primarily in a more stable tetravalent state than Mn 3+ . To transfer the main part of tetravalent manganese to the trivalent state, the specified patent proposed a long annealing of the grown YAG: Mn crystals in a hydrogen atmosphere, but the transition is not complete (only about 80% of manganese in the form of trivalent ions after 8 hours of annealing at 1300 ° С), and tetravalent manganese ions have their own absorption and luminescence bands, the presence of which worsens the conditions and parameters of laser generation. In addition, the long-term stability of trivalent manganese ions has not been studied when exposed to pump radiation, which can contribute to the transition of manganese to a more stable tetravalent state.
Широким набором свойств, привлекательных для использования в качестве материала для изготовления активных элементов таких лазеров, обладают оксиды со структурой граната, имеющие общую формулу R3T5O12, где R - ионы, выбранные из группы Y, La, Се, Gd, Sc, Lu; Т - ионы, выбранные из группы Al, Ga, Sc, Lu. При этом R - ионы располагаются в додекаэдрах из ионов кислорода, Т - ионы располагаются в кислородных октаэдрах и тетраэдрах. В качестве активной среды для перестраиваемых лазеров используются, например, гранаты указанного состава, содержащие в качестве активатора ионы трехвалентного хрома [2] (авторское свидетельство СССР №1099802, наиболее близкое к предлагаемому решению), имеющие две широкие полосы поглощения в области 0,45 и 0,65 мкм и генерирующие лазерное излучение в области 0,7-0,85 мкм при ламповой накачке. При этом ионы трехвалентного хрома являются достаточно стабильными в оксидной матрице со структурой граната (при отсутствии в ней двухвалентных ионов).Oxides with a garnet structure having the general formula R 3 T 5 O 12 , where R are ions selected from the group Y, La, Ce, Gd, Sc, possess a wide range of properties attractive for use as a material for the manufacture of active elements of such lasers. Lu; T - ions selected from the group Al, Ga, Sc, Lu. In this case, R - ions are located in the dodecahedrons of oxygen ions, T - ions are located in the oxygen octahedra and tetrahedrons. As an active medium for tunable lasers, for example, garnets of the indicated composition containing trivalent chromium ions [2] (USSR copyright certificate No. 1099802 closest to the proposed solution) having two wide absorption bands in the region of 0.45 and 0.65 microns and generating laser radiation in the region of 0.7-0.85 microns with tube pumping. Moreover, trivalent chromium ions are quite stable in an oxide matrix with a garnet structure (in the absence of divalent ions in it).
Недостатком указанного материала является уменьшенная теплопроводность как раз тех кристаллов гранатов, в которых возможно вхождение ионов Cr3+ (которые в структуре граната находятся преимущественно в октаэдрических позициях) в достаточно высоких для получения высокой лазерной эффективности концентрациях, именно галлий- и скандийсодержащих гранатов. Коэффициент распределения ионов Cr3+ в монокристаллах гадолиний-скандий-галлиевого граната (ГСГГ) близок к единице, в то время как в кристаллах иттрий-алюминиевого граната (ИАГ) коэффициент распределения ионов Cr3+ в несколько раз меньше, что не позволяет выращивать однородные кристаллы ИАГ с Cr3+. В то же время теплопроводность ГСГГ меньше, чем у ИАГ, более чем в 2 раза, а термооптические свойства хуже, чем у ИАГ, что при использовании активных лазерных элементов из ГСГГ с хромом приводит к сильным тепловым искажениям в процессе генерации при высоких мощностях накачки и, соответственно, к высокой расходимости лазерного излучения.The disadvantage of this material is the reduced thermal conductivity of just those garnet crystals in which Cr 3+ ions (which are mainly in the octahedral positions in the garnet structure) can be present in concentrations high enough to obtain high laser efficiency, namely gallium and scandium-containing garnets. The distribution coefficient of Cr 3+ ions in single crystals of gadolinium-scandium-gallium garnet (GHA) is close to unity, while in the crystals of yttrium-aluminum garnet (YAG) the distribution coefficient of Cr 3+ ions is several times smaller, which does not allow the growth of uniform YAG crystals with Cr 3+ . At the same time, the thermal conductivity of the GHGH is less than 2 times that of the YAG, and the thermooptical properties are worse than that of the YAG, which when using active laser elements made of GHA with chromium leads to strong thermal distortions during generation at high pump powers and , respectively, to a high divergence of laser radiation.
Техническая задача, решаемая посредством настоящего изобретения, заключается в создании материала со структурой граната, в котором активатор входил бы в додекаэдрическую координацию, который имел бы более высокую теплопроводность и термостойкость, чем материал указанного прототипа, а также обладал бы долговременной стабильностью и мог бы генерировать перестраиваемое лазерное излучение в достаточно широкой области спектра.The technical problem solved by the present invention is to create a material with the structure of a garnet, in which the activator would enter into the dodecahedral coordination, which would have higher thermal conductivity and heat resistance than the material of this prototype, and would also have long-term stability and could generate tunable laser radiation in a fairly wide region of the spectrum.
Указанный технический результат достигается тем, что в лазерном материале, имеющем структуру граната R3T5O12, где R - ионы, выбранные из группы Y, La, Се, Gd, Sc, Lu; Т - ионы, выбранные из группы Al, Ga, Sc, Lu, и содержащем активатор, в качестве активатора выбирают ион из группы трехвалентных ионов циркония и гафния. В предпочтительном решении концентрация такого активатора составляет от 0,05 до 5 вес.% в расчете на диоксид циркония или гафния сверх стехиометрической формулы граната. Лазерный материал может быть выполнен в виде оптической керамики или же в виде монокристалла или монокристаллической пленки.The specified technical result is achieved in that in a laser material having a garnet structure R 3 T 5 O 12 , where R are ions selected from the group Y, La, Ce, Gd, Sc, Lu; T - ions selected from the group of Al, Ga, Sc, Lu, and containing an activator, as an activator, an ion from the group of trivalent zirconium and hafnium ions is selected. In a preferred solution, the concentration of such activator is from 0.05 to 5 wt.% Calculated on zirconia or hafnium dioxide in excess of the stoichiometric formula of pomegranate. The laser material can be made in the form of optical ceramics or in the form of a single crystal or single crystal film.
При этом указанные активные ионы Zr3+ и Hf3+ располагаются в гранатах в додекаэдрах из ионов кислорода, частично замещая R - ионы матрицы, а не Т - ионы в кислородных октаэдрах, как это имеет место для ионов трехвалентного хрома. Это позволяет вводить такой активатор в кристаллы любых гранатов из указанной группы материалов. При этом степень замещения ионов иттрия в наиболее теплопроводном ИАГ на ионы циркония и гафния является достаточно высокой, что позволяет оптимизировать теплофизические свойства лазерной среды.Moreover, the indicated active ions Zr 3+ and Hf 3+ are located in garnets in the dodecahedrons of oxygen ions, partially replacing R - matrix ions, and not T - ions in oxygen octahedra, as is the case for trivalent chromium ions. This allows you to enter such an activator in the crystals of any garnets from the specified group of materials. Moreover, the degree of substitution of yttrium ions in the most thermally conductive YAG to zirconium and hafnium ions is quite high, which allows optimizing the thermal properties of the laser medium.
Ионы Zr3+ и Hf3+ в додекаэдрической координации имеют полосы поглощения и люминесценции, весьма схожие с соответствующими полосами для иона Ti3+ в октаэдрической координации, например, в Ti3+-сапфире (тикоре). Максимумы широкой (полуширина порядка 200 нм) полосы поглощения в видимой области в соединениях R3T5O12 со структурой граната располагаются в области 0.45-0,57 мкм, сдвигаясь в более длинноволновую область при увеличении среднего размера R- и Т-ионов и при соответствующем увеличении параметра элементарной ячейки гранатов. При этом существенно, что центр широкой полосы поглощения этих ионов в наиболее теплопроводном и термостойком ИАГ располагается на 0.5 мкм, что обеспечивает значительное поглощение на второй гармонике лазеров с ионами Nd3+ (0,53 мкм), которую можно использовать в качестве эффективного источника возбуждения люминесценции и генерации в предлагаемых материалах.The Zr 3+ and Hf 3+ ions in the dodecahedral coordination have absorption and luminescence bands very similar to the corresponding bands for the Ti 3+ ion in the octahedral coordination, for example, in the Ti 3+ sapphire (ticore). The maxima of the wide (half-width of the order of 200 nm) absorption band in the visible region in the compounds R 3 T 5 O 12 with the garnet structure are located in the region of 0.45-0.57 μm, shifting to the longer wavelength region with increasing average size of R and T ions and with a corresponding increase in the unit cell parameter of grenades. It is significant that the center of the wide absorption band of these ions in the most thermally conductive and heat-resistant YAG is located at 0.5 μm, which provides significant second-harmonic absorption of lasers with Nd 3+ ions (0.53 μm), which can be used as an effective excitation source luminescence and generation in the proposed materials.
Существенно, что, в отличие от гранатов с ионами трехвалентного хрома, люминесценция ионов Zr3+ и Hf3+ может быть возбуждена не только излучением лампы накачки, криптоновым (длина волны 647 нм) или аргоновым (длина волны 488 нм) лазерами, но и второй гармоникой неодимового лазера, где есть весьма эффективные и мощные источники накачки.It is significant that, unlike garnets with trivalent chromium ions, the luminescence of Zr 3+ and Hf 3+ ions can be excited not only by pump lamp radiation, krypton (wavelength 647 nm) or argon (wavelength 488 nm) lasers, but also the second harmonic of a neodymium laser, where there are very efficient and powerful pump sources.
Материал согласно изобретению может быть получен как в форме монокристаллов или монокристаллических пленок, так и в форме оптической керамики. Примеры получения гранатов с трехвалентными ионами циркония и гафния приведены ниже.The material according to the invention can be obtained both in the form of single crystals or single crystal films, and in the form of optical ceramics. Examples of the preparation of garnets with trivalent zirconium and hafnium ions are given below.
Пример 1. Шихту для выращивания кристаллов Gd3Ga5O12 (ГГГ) готовили путем смешения исходных оксидов Gd и Ga, марки «осч». Для легирования ионами циркония использовался ZrO2 марки «хч», концентрация 0,5 вес.% в расчете на диоксид циркония сверх стехиометрической формулы граната. Реактивы перемешивали в мельнице фирмы 'Retsch", ФРГ. Синтез проводился путем прокалки смеси в закрытом платиновом стакане на воздухе в течение 5-6 часов при температуре 1250-1300°С. Такая процедура повторялась дважды. Шихта загружалась в иридиевый тигель, выращивание проводилось методом Чохральского в атмосфере азота с примесью 3% кислорода. Ориентация затравок - <111>. Температура плавления ГГГ - 1740°С. Скорость вытягивания составляла 2-4 мм/час, скорость вращения 20-30 об/мин. В этих условиях получались кристаллы диаметром 3-10 мм и длиной до 30 мм. Охлаждение кристаллов до комнатной температуры после отрыва их от расплава проводилось в течение 6-8 часов. Эти кристаллы были бесцветными. При их отжиге в вакууме 10-4 Торр в течение 2-7 часов при температуре 1600°С в кристаллах появлялась красно-коричневая окраска разной интенсивности, в зависимости от длительности отжига и концентрации циркония, свидетельствующая о переходе ионов Zr в трехвалентное состояние. Максимум полосы поглощения в кристаллах ГГГ с Zr3+ находится в области 0,57 мкм. Окраска не меняется при длительном хранении кристаллов на воздухе в условиях естественного освещения и при облучении образцов излучением ксеноновой лампы накачки, что говорит о стабильности трехвалентного состояния ионов циркония.Example 1. The mixture for growing crystals of Gd 3 Ga 5 O 12 (GGG) was prepared by mixing the original oxides Gd and Ga, brand "osch". For alloying with zirconium ions, the grade Xr ZrO 2 was used, the concentration of 0.5 wt.% Calculated on zirconium dioxide in excess of the stoichiometric formula of garnet. The reagents were mixed in a Retsch mill, Germany. The synthesis was carried out by calcining the mixture in a closed platinum beaker in air for 5-6 hours at a temperature of 1250-1300 ° C. This procedure was repeated twice. The mixture was loaded into an iridium crucible, growing was carried out by Czochralsky in a nitrogen atmosphere with an admixture of 3% oxygen. The orientation of the seeds is <111>. The melting point of GGG is 1740 ° C. The drawing speed was 2-4 mm / h, rotation speed 20-30 rpm. Under these conditions, crystals with a diameter of 3-10 mm and up to 30 mm long. The crystals were brought to room temperature after separation from the melt for 6–8 hours. These crystals were colorless. When they were annealed in a vacuum of 10 –4 Torr for 2–7 hours at a temperature of 1600 ° C, a red-brown color appeared in the crystals of different intensities, depending on the annealing duration and zirconium concentration, indicating the transition of Zr ions to the trivalent state.The maximum absorption band in HGG crystals with Zr 3+ is in the region of 0.57 μm. The color does not change during prolonged storage of crystals in air under natural light conditions and upon irradiation of samples with radiation from a xenon pump lamp, which indicates the stability of the trivalent state of zirconium ions.
Пример 2. Получение керамики ИАГ: с Zr3+. Наноразмерные порошки ИАГ получались путем термообработки прекурсоров, осаждаемых из водных растворов нитратов Y и Al, взятых в мольных соотношениях 3:5. Добавка циркония вводилась через оксихлорид циркония в концентрации, соответствующей 3 вес.% ZrO2 от веса ИАГ сверх стехиометрии. Осадителем служил раствор бикарбоната аммония. Полученные осадки прекурсоров промывались и высушивались до постоянного веса при нагреве до 105-140°С. Слабо агломерированные квазисферические нанопорошки ИАГ с Zr с диаметром частиц от 60 до 200 нм получались путем температурной обработки прекурсоров при их нагреве до заданной температуры в пределах 850-1300°С и выдержке при этой температуре от 1 до 5 часов на воздухе. Суспензия нанопорошка ИАГ с Zr в воде подвергалась помолу в агатовой мельнице с агатовыми шарами для разрушения мягких агломератов и получения однородного шликера. В суспензию вводилась добавка полиакрилата аммония, которая существенно понижала вязкость шликера даже при высокой концентрации в нем сухого вещества (до 44 объемных %). Шликерное литье проводилось с использованием дополнительного одноосного давления до 200 МПа. Были получены заготовки с плотностью, превышающей 60% от теоретической плотности монокристалла ИАГ с Zr. Заготовки диаметром 27 и толщиной 2-9 мм отжигались на воздухе при 1200°С для удаления остаточной органики и затем спекались в вакууме 10-3-10-5 Торр при 1700-1800°С в печи с графитовым нагревателем. Полученные керамические образцы диаметром 20-22 мм и толщиной 1-6 мм были прозрачными и имели цвет от красного при малых содержаниях ZrO2 до коричневого при концентрации ZrO2 3 вес.%. На фиг.1 показан спектр пропускания ИАГ:Zr3+ (концентрация ZrO2 0,25 вес.%, толщина образца 1,5 мм) в видимой области, начиная с 0,46 нм. Максимум полосы поглощения расположен вблизи 0,5 мкм. На фиг.2 показана полоса люминесценции этого граната в области 0,7-0,9 мкм при возбуждении второй гармоникой Nd лазера (длина волны 0,53 мкм).Example 2. Obtaining ceramics YAG: with Zr 3+ . YAG nanosized powders were obtained by heat treatment of precursors precipitated from aqueous solutions of Y and Al nitrates taken in molar ratios of 3: 5. An addition of zirconium was introduced through zirconium oxychloride in a concentration corresponding to 3 wt.% ZrO 2 by weight of YAG in excess of stoichiometry. The precipitating agent was a solution of ammonium bicarbonate. The obtained precipitates of the precursors were washed and dried to constant weight when heated to 105-140 ° C. Weakly agglomerated quasispherical YAG nanopowders with Zr with a particle diameter of 60 to 200 nm were obtained by heat treatment of the precursors when they were heated to a predetermined temperature in the range of 850-1300 ° C and held at this temperature for 1 to 5 hours in air. The suspension of YAG nanopowder with Zr in water was milled in an agate mill with agate balls to break soft agglomerates and obtain a uniform slip. Ammonium polyacrylate was added to the suspension, which significantly reduced the viscosity of the slip even at a high dry matter concentration (up to 44 vol%). Slip casting was carried out using additional uniaxial pressure up to 200 MPa. Billets were obtained with a density exceeding 60% of the theoretical density of a YAG single crystal with Zr. Billets with a diameter of 27 and a thickness of 2-9 mm were annealed in air at 1200 ° C to remove residual organic matter and then sintered in a vacuum of 10 -3 -10 -5 Torr at 1700-1800 ° C in a furnace with a graphite heater. The obtained ceramic samples with a diameter of 20-22 mm and a thickness of 1-6 mm were transparent and had a color from red at low ZrO 2 contents to brown at a ZrO 2 concentration of 3 wt.%. Figure 1 shows the transmission spectrum of YAG: Zr 3+ (concentration of ZrO 2 0.25 wt.%, Sample thickness 1.5 mm) in the visible region, starting from 0.46 nm. The maximum absorption band is located near 0.5 μm. Figure 2 shows the luminescence band of this garnet in the region of 0.7-0.9 μm when excited by the second harmonic of an Nd laser (wavelength 0.53 μm).
Пример 3. Все операции проводились аналогично примеру 2, но вместо оксихлорида циркония в качестве добавки использовался оксихлорид гафния в концентрации 0,2 вес.% в расчете на HfO2 сверх стехиометрической формулы граната. Полосы поглощения и люминесценции этого керамического образца практически совпадают с показанными на фиг.1 и 2 для образца с трехвалентным цирконием.Example 3. All operations were carried out analogously to example 2, but instead of zirconium oxychloride, hafnium oxychloride at a concentration of 0.2 wt.% Calculated on HfO 2 over the stoichiometric formula of pomegranate was used as an additive. The absorption and luminescence bands of this ceramic sample practically coincide with those shown in Figs. 1 and 2 for a sample with trivalent zirconium.
Пример 4. Все операции проводились аналогично примеру 2, но концентрация оксихлорида циркония была взята 5 вес.% в расчете на вес.% ZrO2 от веса ИАГ сверх стехиометрии. Полученный образец имел темнокоричневый цвет и 100% поглощение в области 0,5 мкм при толщине 0,8 мм. Такие образцы можно использовать только для активных лазерных элементов в форме тонких дисков, и указанная концентрация является предельной для практических применений.Example 4. All operations were carried out analogously to example 2, but the concentration of zirconium oxychloride was taken 5 wt.% Based on the weight.% ZrO 2 from the weight of YAG in excess of stoichiometry. The resulting sample had a dark brown color and 100% absorption in the region of 0.5 μm with a thickness of 0.8 mm. Such samples can be used only for active laser elements in the form of thin disks, and the indicated concentration is limiting for practical applications.
Пример 5. Все операции проводились аналогично примеру 2, но в качестве исходных солей были взяты нитраты Y, Lu, La (в мольном соотношении 2:0,5:0,5) и Ga (5 молей). Добавка циркония вводилась через оксихлорид циркония в концентрации 0,15 вес.% в расчете на ZrO2 сверх стехиометрии граната. Получен образец красного цвета.Example 5. All operations were carried out analogously to example 2, but nitrates Y, Lu, La (in a molar ratio of 2: 0.5: 0.5) and Ga (5 moles) were taken as the starting salts. An addition of zirconium was introduced through zirconium oxychloride at a concentration of 0.15 wt.% Calculated on ZrO 2 in addition to stoichiometry of garnet. Received a red sample.
Пример 6. Все операции проводились аналогично примеру 2, но в качестве исходных солей были взяты нитраты Y, Sc, Се (в мольном соотношении 2:0,95:0,05) и Ga (5 молей). Добавка циркония вводилась через оксихлорид циркония в концентрации 0,2 вес.% в расчете на ZrO2 сверх стехиометрии граната. Получен образец красного цвета. Максимум полосы поглощения расположен на 0,58 мкм.Example 6. All operations were carried out analogously to example 2, but nitrates Y, Sc, Ce (in a molar ratio of 2: 0.95: 0.05) and Ga (5 moles) were taken as the starting salts. An addition of zirconium was introduced through zirconium oxychloride at a concentration of 0.2 wt.% Calculated on ZrO 2 in addition to stoichiometry of garnet. Received a red sample. The maximum absorption band is located at 0.58 μm.
Аналогично примерам 1-6 были получены все другие гранаты со структурой R3T5O12 и активаторами Zr3+ и Hf3+ с концентрациями активатора 0,05-5 вес.% в расчете на диоксиды сверх стехиометрической формулы граната. Расчет сверх стехиометрии удобен при экспериментах по приготовлению образцов, поскольку гранаты имеют несколько разную плотность, от примерно 4,5 г/см3 до примерно 6,5 г/см3, для расчетов спектроскопических характеристик проводится пересчет весовых процентов введенного активатора в концентрации в ионах на кубический сантиметр.Similarly to examples 1-6, all other garnets with the structure R 3 T 5 O 12 and activators Zr 3+ and Hf 3+ with activator concentrations of 0.05-5 wt.% Calculated on dioxides in excess of the stoichiometric formula of garnet were obtained. Calculation in excess of stoichiometry is convenient for experiments on sample preparation, since garnets have a slightly different density, from about 4.5 g / cm 3 to about 6.5 g / cm 3 , to calculate spectroscopic characteristics, the weight percent of the introduced activator in the concentration in ions is recalculated per cubic centimeter.
Генерационные испытания проводились на образцах, изготовленных из материалов, полученных по примерам 1-6. Например, из заготовки по примеру 2 был вырезан образец размером 10×10×2 мм, большие грани которого были отполированы с лазерным качеством. Входное зеркало резонатора было прозрачным для излучения накачки второй гармоникой неодимового лазера 0,53 мкм и глухим для 0,8 мкм, выходное зеркало имело пропускание 4% на 0,8 мкм. Порог генерации в режиме одиночных импульсов составил 2,5 Дж, эффективность по наклону 10%. Генерацию можно перестраивать в пределах полосы люминесценции иона Zr3+ примерно от 0,8 до 0,95 мкм. При этом не наблюдается изменение окраски, спектров поглощения и люминесценции активатора при воздействии дневного света, излучения ламп накачки и селективного излучения накачки в области полос поглощения активатора около 0,5 мкм, т.е. трехвалентные ионы циркония и гафния являются стабильными в полученных материалах.Generation tests were carried out on samples made from materials obtained according to examples 1-6. For example, a sample 10 × 10 × 2 mm in size was cut from the blank of Example 2, the large edges of which were polished with laser quality. The input mirror of the resonator was transparent for pump radiation by the second harmonic of a neodymium laser of 0.53 μm and blank for 0.8 μm, the output mirror had a transmittance of 4% at 0.8 μm. The lasing threshold in the single-pulse mode was 2.5 J; the slope efficiency was 10%. The generation can be tuned within the luminescence band of the Zr 3+ ion from about 0.8 to 0.95 μm. In this case, there is no change in the color, absorption spectra and luminescence of the activator when exposed to daylight, the radiation of pump lamps and selective pump radiation in the region of the absorption bands of the activator of about 0.5 μm, i.e. trivalent zirconium and hafnium ions are stable in the resulting materials.
Кубическая структура, отсутствие двулучепреломления и отсюда возможность получения лазерного материала в форме оптической керамики с малыми неактивными потерями на длинах волн генерации позволяет изготавливать из него активные элементы для различных типов твердотельных лазеров, в том числе в форме тонких дисков для лазеров с высокой средней мощностью, что невозможно для другого популярного лазерного материала с близкими свойствами - легированного ионами трехвалентного титана лейкосапфира Ti3+:Al2O3.The cubic structure, the absence of birefringence, and hence the possibility of obtaining laser material in the form of optical ceramics with low inactive losses at the generation wavelengths, makes it possible to produce active elements from it for various types of solid-state lasers, including thin disks for lasers with high average power, which impossible for another popular laser material with similar properties - ion-doped trivalent titanium of leucosapphire Ti 3+ : Al 2 O 3 .
Таким образом, получен лазерный материал со структурой граната, в котором активатор входит в додекаэдрическую координацию, что позволяет вводить активатор в нужных концентрациях в любые соединения выбранной группы материалов, в том числе в иттриевые гранаты с максимально высокой теплопроводностью и термостойкостью. Материал обладает долговременной стабильностью и может генерировать перестраиваемое лазерное излучение в достаточно широкой области спектра.Thus, a laser material with a garnet structure was obtained in which the activator enters the dodecahedral coordination, which allows the activator to be introduced in the required concentrations into any compounds of the selected group of materials, including yttrium garnets with the highest thermal conductivity and heat resistance. The material has long-term stability and can generate tunable laser radiation in a fairly wide spectral region.
ЛитератураLiterature
1. Патент США №5280534 С1. 372/20.1. US patent No. 5280534 C1. 372/20.
2. Авторское свидетельство СССР №1099802, МКИ H01S 3/16.2. USSR author's certificate No. 1099802, MKI H01S 3/16.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008133152/28A RU2395883C2 (en) | 2008-08-13 | 2008-08-13 | Laser material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008133152/28A RU2395883C2 (en) | 2008-08-13 | 2008-08-13 | Laser material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008133152A RU2008133152A (en) | 2010-02-20 |
| RU2395883C2 true RU2395883C2 (en) | 2010-07-27 |
Family
ID=42126726
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008133152/28A RU2395883C2 (en) | 2008-08-13 | 2008-08-13 | Laser material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2395883C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2755268C2 (en) * | 2016-03-08 | 2021-09-14 | ЛОУРЕНС ЛИВЕРМОР НЭЙШНЛ СЕКЬЮРИТИ, ЭлЭлСи | Transparent ceramic scintillation detector with garnet structure for positron emission tomography |
-
2008
- 2008-08-13 RU RU2008133152/28A patent/RU2395883C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ASATRYAN H.R., KUZANYAN A.S. и др. Single crystal growth and investigation of optical and ESR absorption spectra of zirconium-doped YAG. PHYSICA STATUS SOLIDI (b), vol.135, issue 1, pages 345-352, 1986, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. VEDDA A., MARTINO D.DI. и др. Thermoluminescence of Zr-Coddoped Lu 3 Al 5 O 12 : Се crystals. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2755268C2 (en) * | 2016-03-08 | 2021-09-14 | ЛОУРЕНС ЛИВЕРМОР НЭЙШНЛ СЕКЬЮРИТИ, ЭлЭлСи | Transparent ceramic scintillation detector with garnet structure for positron emission tomography |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008133152A (en) | 2010-02-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5140604A (en) | Mixed strontium and lanthanide oxides and a laser using monocrystals of these oxides | |
| Zharikov et al. | Double tungstate and molybdate crystals for laser and nonlinear optical applications | |
| Dey et al. | Green upconversion emission in Nd3+–Yb3+–Zn2+: Y2O3 phosphor | |
| Sun et al. | The YMgB 5 O 10 crystal preparation and attractive multi-wavelength emission characteristics of doping Nd 3+ ions | |
| Chen et al. | Fabrication and spectroscopic properties of Yb/Er: YAG and Yb, Er: YAG transparent ceramics by co-precipitation synthesis route | |
| Zhang et al. | Growth, thermal and laser properties of a new self-frequency-doubling Yb: CNGS crystal | |
| CA1319245C (en) | Growth of congruently melting gadolinium scandium gallium garnet | |
| Chen et al. | Investigation of the structure, optical properties and Cr4+ conversion level of Yb3+ and Cr3+ codoped YAG transparent ceramics | |
| Nikova et al. | Sintering and microstructure evolution of Er1. 5Y1. 5-xScx+ yAl5-yO12 garnet ceramics with scandium in dodecahedral and octahedral sites | |
| CN107245757A (en) | A kind of borate Raman crystal and its production and use | |
| Kunti et al. | Structural and luminescence properties of laser assisted Eu3+ doped BaZrO3 thin films | |
| Basyrova et al. | Comparative study of Yb: Lu3Al5O12 and Yb: Lu2O3 laser ceramics produced from laser-ablated nanopowders | |
| CN105463570B (en) | A kind of multi-functional lanthanum molybdate caesium crystal and its production and use | |
| Jia et al. | Growth and properties of Nd:(LuxGd1− x) 3Ga5O12 laser crystal by Czochralski method | |
| RU2395883C2 (en) | Laser material | |
| Guo et al. | Fabrication of sub-micrometer sized Er: CaF2 transparent ceramics for eye-safe lasers | |
| CN114108072A (en) | Rare earth ion doped GdScO3Laser crystal preparation and application thereof | |
| EP1846993A2 (en) | Cr3+-doped laser materials and lasers and methods of making and using | |
| Pang et al. | Highly efficient continuous-wave laser operation of LD-pumped Nd, Gd: CaF2 and Nd, Y: CaF2 crystals | |
| Zou et al. | Researches on the yellow emission properties of 2 at.% Dy: Gd0. 1Y0· 9AlO3 crystal | |
| RU2391754C2 (en) | Laser material | |
| Wu et al. | Growth and characterization of Nd: Lu3ScxGa5− xO12 series laser crystals | |
| Yu et al. | Assessment of the spectroscopic properties and laser performance of a prominent Nd3+: NaLu (MoO4) 2 laser crystal | |
| Shur et al. | Photoluminescence properties of Nd: YVO4 single crystals by multi-die EFG method | |
| CN87108227A (en) | Mixed La-Mg aluminate and the laser apparatus made from this aluminate single-crystal |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120814 |