RU2785221C1 - Активная среда высокоэнергетичного прокачного жидкостного лазера с диодной накачкой - Google Patents

Активная среда высокоэнергетичного прокачного жидкостного лазера с диодной накачкой Download PDF

Info

Publication number
RU2785221C1
RU2785221C1 RU2021139645A RU2021139645A RU2785221C1 RU 2785221 C1 RU2785221 C1 RU 2785221C1 RU 2021139645 A RU2021139645 A RU 2021139645A RU 2021139645 A RU2021139645 A RU 2021139645A RU 2785221 C1 RU2785221 C1 RU 2785221C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ytterbium
active medium
chloride
luminescent
heterocomplex
Prior art date
Application number
RU2021139645A
Other languages
English (en)
Inventor
Геннадий Викторович Тихонов
Елена Андреевна Серегина
Original Assignee
Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского"
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" filed Critical Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского"
Application granted granted Critical
Publication of RU2785221C1 publication Critical patent/RU2785221C1/ru

Links

Abstract

Изобретение относится к области жидких лазерных материалов. Сущность изобретения. Активная среда жидкостного лазера с диодной накачкой содержит иттербий, кислоту Льюиса и оксихлорид серы. Иттербий связан в люминесцирующий гетерокомплекс, образованный при растворении соединения иттербия. Представлены соотношения компонентов активной среды. Частные случаи состава активной среды. В качестве оксихлорида серы использован тионилхлорид, в качестве кислоты Льюиса - трихлорид галлия, а люминесцирующий гетерокомплекс образован при растворении хлорида, кристаллогидрата хлорида или трифторацетата иттербия. В качестве оксихлорида серы использован тионилхлорид, в качестве кислоты Льюиса - пентахлорид сурьмы, а люминесцирующий гетерокомплекс образован при растворении кристаллогидрата хлорида иттербия. В качестве оксихлорида серы использован сульфурилхлорид, в качестве кислоты Льюиса - трихлорид галлия, а люминесцирующий гетерокомплекс образован при растворении хлорида или трифторацетата иттербия. Технический результат - уменьшение воздействия вредных веществ на персонал, прокачка активной среды с большой концентрацией иттербия и эксплуатация лазера при минусовых (отрицательных) температурах. 8 з.п. ф-лы, 1 табл.

Description

Изобретение относится к области жидких лазерных материалов и может быть использовано в качестве активной среды при создании прокачных лазеров с диодной накачкой.
Известна активная среда [US 3779939 А, 1973. Liquid laser solution formed with a neodymium salt in phosphorus oxychloride] жидкостного лазера с диодной накачкой, которая состоит которая состоит из растворенных в оксихлориде фосфора POCl3 дихлорфосфата неодима Nd(PO2Cl2)3 и тетрахлорида циркония ZrCl4, который находится в количестве, позволяющем оптимизировать растворимость и люминесценцию дихлорфосфата неодима. Причем молярное соотношение ZrCl4/Nd(PO2Cl2)3 должно быть не меньше 1, а дихлорфосфат неодима образуется при растворении трифторацетата неодима Nd(CF3CO2)3 в оксихлориде фосфора.
Недостатки такой активной среды: высокая токсичность, относительно большая вязкость и замерзание активной среды при минусовых (отрицательных) температурах, свойственные используемому жидкому растворителю - оксихлориду фосфора, а также относительно большая для высокоэнергетичного лазера потеря энергии накачки, обусловленная спектрально-люминесцентными характеристиками неодима.
Наиболее близкая к предложенной активная среда [RU 2723162 С1, 2019. Активная среда жидкостного лазера с диодной накачкой] жидкостного лазера с диодной накачкой на основе оксихлорида фосфора и кислоты Льюиса содержит иттербий. Иттербий связан в дихлорфосфатный комплекс, образованный при растворении соединения иттербия в оксихлориде фосфора. В данном патенте представлены соотношения компонентов активной среды для двух частных случаев. В одном случае в качестве кислоты Льюиса использован тетрахлорид циркония, а дихлорфосфатный комплекс образован при растворении трифторацетата иттербия Yb(CF3CO2)3. В другом частном случае в качестве кислоты Льюиса использован тетрахлорид олова, а дихлорфосфатный комплекс образован при растворении трифторацетата иттербия Yb(CF3CO2)3 или перхлората иттербия Yb(ClO4)3.
В указанном техническом решении имеются следующие недостатки:
- во-первых, высокая токсичность оксихлорида фосфора, I класс опасности [1], создает технологические трудности в приготовлении и эксплуатации и ограничивает возможность использования активных сред;
- во-вторых, относительно большая вязкость оксихлорида фосфора; вязкость многократно возрастает с увеличением концентрации активатора вследствие полимеризации, активные среды теряют текучесть, и при концентрации активатора более 3 масс. % прокачка активной среды на основе оксихлорида фосфора практически невозможна;
- в-третьих, при переходе к минусовым (отрицательным) температурам растворы оксихлорида фосфора замерзают, и эксплуатация лазера становится невозможной.
Задача изобретения состоит в устранении указанных недостатков, а именно, уменьшении токсичности, уменьшении вязкости активной среды прокачных лазеров с диодной накачкой и расширении диапазона жидкого состояния активной среды в область минусовых (отрицательных) температур.
Технический результат - уменьшение воздействия вредных веществ на персонал, прокачка активной среды с большой концентрацией иттербия и эксплуатация лазера при минусовых (отрицательных) температурах.
Для исключения указанных недостатков в активной среде жидкостного лазера с диодной накачкой предлагается:
- использовать оксихлорид серы в качестве жидкого растворителя;
- иттербий связать в люминесцирующий гетерокомплекс, образованный при растворении определенного соединения иттербия.
В частных случаях приготовления активной среды предлагается:
- во-первых, в качестве оксихлорида серы использовать тионилхлорид SOCl2; в качестве кислоты Льюиса использовать трихлорид галлия GaCl3; тионилхлорид, трихлорид галлия и иттербий взять при определенном соотношении указанных компонентов масс. %: иттербий - 0,5-8; трихлорид галлия, GaCl3 - 2-45; тионилхлорид, SOCl2 - остальное;
- в первом варианте первого частного случая люминесцирующий гетерокомплекс образовать при растворении хлорида иттербия YbCl3;
- во втором варианте первого частного случая люминесцирующий гетерокомплекс образовать при растворении кристаллогидрата хлорида иттербия YbCl3⋅nH2O;
- в третьем варианте первого частного случая люминесцирующий гетерокомплекс образовать при растворении трифторацетата иттербия Yb(CF3CO2)3;
- во-вторых, в качестве оксихлорида серы использовать тионилхлорид SOCl2; в качестве кислоты Льюиса использовать пентахлорид сурьмы SbCl5; тионилхлорид, пентахлорид сурьмы и иттербий взять при определенном соотношении указанных компонентов, масс. %: иттербий - 0,5-2; пентахлорид сурьмы, SbCl5 - 40-73; тионилхлорид, SOCl2 - остальное; люминесцирующий гетерокомплекс образовать при растворении кристаллогидрата хлорида иттербия YbCl3⋅nH2O;
- в-третьих, в качестве оксихлорида серы использовать оксихлорид серы(VI), сульфурилхлорид, SO2Cl2; в качестве кислоты Льюиса использовать трихлорид галлия; сульфурилхлорид, трихлорид галлия и иттербий взять при определенном соотношении указанных компонентов, масс. %: иттербий - 0,5-4; трихлорид галлия, GaCl3 - 5-54; сульфурилхлорид, SO2Cl2 - остальное;
- в первом варианте третьего частного случая люминесцирующий гетерокомплекс образовать при растворении хлорида иттербия YbCl3;
- во втором варианте третьего частного случая люминесцирующий гетерокомплекс образовать при растворении трифторацетата иттербия Yb(CF3CO2)3.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Активная среда жидкостного лазера с диодной накачкой содержит иттербий, кислоту Льюиса и оксихлорид серы в качестве жидкого растворителя. Иттербий связан в люминесцирующий гетерокомплекс, образованный при растворении соединения иттербия.
Такая активная среда может быть использована в прокачных жидкостных лазерах с диодной накачкой для получения большого количества лазерного излучения большой мощности, при которых твердотельные активные среды разрушаются.
Оксихлориды серы относят ко II классу опасности [1]: для тионилхлорида максимальная разовая ПДКрз=0,3 мг/м3; для сульфурилхлорида параметры контроля не установлены, контролируются продукты разложения, в первую очередь, HCl и SO2, ПДКрз=5 и 10 мг/м3 соответственно (табл.), т.е. оксихлориды серы значительно менее токсичны, чем оксихлорид фосфора.
Вязкость индивидуальных растворителей при комнатной температуре, 0,607⋅10-3 и 0,684⋅10-3 Па⋅с для тионилхлорида и сульфурилхлорида соответственно [2], существенно меньше, чем вязкость POCl3 (табл.); вязкость активной среды на основе оксихлорида серы пропорциональна концентрации иттербия и при всех заявленных соотношениях компонентов в разы меньше вязкости активных сред на основе оксихлорида фосфора [3]: динамическая вязкость заявленной активной среды η20°<5⋅10-3 Па⋅с, а кинематическая вязкость ν20°<2⋅10-6 м2/с.
Низкая отрицательная температура плавления, - 104,5 и - 54,1°С для тионилхлорида и сульфурилхлорида соответственно [2] (табл.), обусловливает низкую температуру замерзания и значительное расширение диапазона жидкого состояния активной среды на основе оксихлорида серы в область минусовых (отрицательных) температур. Начало рабочего интервала температур, в котором осуществляется прокачка активной среды, в случае использования тионилхлорида и трихлорида галлия t°<-60°С, в случае использования тионилхлорида и пентахлорида сурьмы t°<-30°С, в случае использования сульфурилхлорида и трихлорида галлия t°<-20°С. Таким образом, во всех трех случаях нижняя граница рабочего интервала температур заявленной активной среды значительно ниже 0°С.
Кислота Льюиса необходима для растворения исходного соединения иттербия и образования люминесцирующего гетерокомплекса.
В случае использования тионилхлорида и трихлорида галлия люминесцирующий гетерокомплекс образован при растворении безводного хлорида иттербия, кристаллогидрата хлорида иттербия или трифторацетата иттербия при следующих соотношениях компонентов: иттербий - 0,5-8 масс. %; трихлорид галлия - 2-45 масс. %; тионилхлорид - остальное.
В случае использования тионилхлорида и пентахлорида сурьмы люминесцирующий гетерокомплекс образован при растворении кристаллогидрата хлорида иттербия при следующих соотношениях компонентов: иттербий - 0,5-2 масс. %; пентахлорид сурьмы - 40-73 масс. %; тионилхлорид - остальное.
В случае использования сульфурилхлорида и трихлорида галлия люминесцирующий гетерокомплекс образован при растворении безводных хлорида или трифторацетата иттербия при следующих соотношениях компонентов: иттербий - 0,5-8 масс. %; трихлорид галлия - 2-45 масс. %; сульфурилхлорид - остальное.
В указанных для каждого случая сочетаниях оксихлорида серы, кислоты Льюиса и исходного соединения иттербия достигаются наибольшая концентрация Yb3+ в заявленной активной среде и ее наилучшие технические характеристики.
Указанные для каждого случая соотношения компонентов обеспечивают устойчивые характеристики активной среды и ее практическую применимость.
В таблице приведены свойства индивидуальных растворителей, которые определяют указанные преимущества заявленной жидкой активной среды.
Figure 00000001
Заявленная активная среда была использована для приготовления нескольких образцов для каждого рассматриваемого случая. Получены экспериментальные данные о физико-химических, спектрально-люминесцентных и лазерных свойствах образцов активной среды, включая люминесцентное время жизни т возбужденного состояния Yb3+ и спектральные зависимости сечений усиления σg(λ) в условиях диодной накачки при разной относительной инверсной населенности возбужденного состояния Yb3+. Примеры конкретного осуществления активной среды.
Пример 1. Активная среда на основе тионилхлорида и трихлорида галлия, SOCl2-GaCl3-Yb3+, содержит в своем составе, масс. %: иттербий - 4, трихлорид галлия - 34, тионилхлорид - 62. Иттербий связан в люминесцирующий гетерокомплекс, образованный при растворении трифторацетата иттербия Yb(CF3CO2)3. Кинематическая вязкость ν20°=1,4⋅10-6 м2/с; начало рабочего интервала температур t°<-70°С; люминесцентное время жизни возбужденного состояния Yb3+ τ=0,6 мс; коэффициенты усиления в максимумах K(981 нм)=2,58 и K(1003 нм)=3,51.
Пример 2. Активная среда на основе тионилхлорида и пентахлорида сурьмы, SOCl2-SbCl5-Yb3+, содержит в своем составе, масс. %: иттербий - 1, пентахлорид сурьмы - 71, тионилхлорид - 28. Иттербий связан в люминесцирующий гетерокомплекс, образованный при растворении кристаллогидрата хлорида иттербия YbCl3⋅nH2O. Кинематическая вязкость ν20°=1⋅10-6 м2/с; начало рабочего интервала температур t°<-30°С; люминесцентное время жизни возбужденного состояния Yb3+ τ=0,3 мс; коэффициенты усиления в максимумах K(981 нм)=0,65 и K(1003 нм)=0,88.
Пример 3. Активная среда на основе сульфурилхлорида и трихлорида галлия, SO2Cl2-GaCl3-Yb3+, которая содержит в своем составе, масс. %: иттербий - 3, трихлорид галлия - 30, сульфурилхлорид - 67. Иттербий связан в люминесцирующий гетерокомплекс, образованный при растворении хлорида иттербия YbCl3. Кинематическая вязкость ν20°=1,2⋅10-6 м2/с; начало рабочего интервала температур t°<-30°С; люминесцентное время жизни возбужденного состояния Yb3+ τ=0,7 мс; коэффициенты усиления в максимумах K(981 нм)=1,84 и K(1003 нм)=2,23.
Совокупность существенных признаков заявленной активной среды высокоэнергетичного прокачного жидкостного лазера с диодной накачкой обеспечивает ее воспроизводимое приготовление, уменьшает воздействие вредных веществ на персонал, позволяет осуществить прокачку активной среды с большой концентрацией иттербия и эксплуатацию лазера при минусовых (отрицательных) температурах.
Список использованных источников:
1. Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в воздухе рабочей зоны, таблица 2.1. Санитарные правила и нормы СанПиН 1.2.3685-21 "Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания". Постановление Главного государственного санитарного врача Российской Федерации от 28 января 2021 года N 2.
2. Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др. - М.: Советская энциклопедия, 1995. - Т. 4 (Пол-Три). - 639 с.
3. Аникиев Ю.Г., Жаботинский М.Е., Кравченко В.Б. Лазеры на неорганических жидкостях. - М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. - 248 с.

Claims (13)

1. Активная среда жидкостного лазера с диодной накачкой, которая содержит иттербий и кислоту Льюиса, отличающаяся тем, что жидким растворителем служит оксихлорид серы, причем иттербий связан в люминесцирующий гетерокомплекс, образованный при растворении соединения иттербия.
2. Активная среда по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве оксихлорида серы используют тионилхлорид, в качестве кислоты Льюиса - трихлорид галлия при следующих соотношениях компонентов, масс. %:
иттербий 0,5-8 трихлорид галлия, GaCl3 2-45 тионилхлорид, SOCl2 остальное
3. Активная среда по п. 2, отличающаяся тем, что люминесцирующий гетерокомплекс образован при растворении хлорида иттербия YbCl3.
4. Активная среда по п. 2, отличающаяся тем, что люминесцирующий гетерокомплекс образован при растворении кристаллогидрата хлорида иттербия YbCl3⋅nH2O.
5. Активная среда по п. 2, отличающаяся тем, что люминесцирующий гетерокомплекс образован при растворении трифторацетата иттербия Yb(CF3CO2)3.
6. Активная среда по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве оксихлорида серы используют тионилхлорид, в качестве кислоты Льюиса - пентахлорид сурьмы при следующих соотношениях компонентов, масс. %:
иттербий 0,5-2 пентахлорид сурьмы, SbCl5 40-73 тионилхлорид, SOCl2 остальное
причем люминесцирующий гетерокомплекс образован при растворении кристаллогидрата хлорида иттербия YbCl3⋅nH2O.
7. Активная среда по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве оксихлорида серы используют сульфурилхлорид, в качестве кислоты Льюиса - трихлорид галлия при следующих соотношениях компонентов, масс. %:
иттербий 0,5-4 трихлорид галлия, GaCl3 5-54 сульфурилхлорид, SO2Cl2 остальное
8. Активная среда по п. 7, отличающаяся тем, что люминесцирующий гетерокомплекс образован при растворении хлорида иттербия YbCl3.
9. Активная среда по п. 7, отличающаяся тем, что люминесцирующий гетерокомплекс образован при растворении трифторацетата иттербия Yb(CF3CO2)3.
RU2021139645A 2021-12-29 Активная среда высокоэнергетичного прокачного жидкостного лазера с диодной накачкой RU2785221C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2785221C1 true RU2785221C1 (ru) 2022-12-05

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2075143C1 (ru) * 1994-06-20 1997-03-10 Физико-энергетический институт Активный материал для жидкостных лазеров и усилителей
RU2311710C1 (ru) * 2006-05-18 2007-11-27 Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН) Активный материал для жидкостного лазера
RU2398324C1 (ru) * 2008-11-27 2010-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" Активный материал для жидкостных оптических квантовых генераторов и усилителей
CN102868082B (zh) * 2012-09-26 2014-07-02 中国科学院西安光学精密机械研究所 微珠浸没式液体激光器及其热管理方法
RU2723162C1 (ru) * 2019-10-18 2020-06-09 Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И Лейпунского" Активная среда жидкостного лазера с диодной накачкой

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2075143C1 (ru) * 1994-06-20 1997-03-10 Физико-энергетический институт Активный материал для жидкостных лазеров и усилителей
RU2311710C1 (ru) * 2006-05-18 2007-11-27 Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН) Активный материал для жидкостного лазера
RU2398324C1 (ru) * 2008-11-27 2010-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" Активный материал для жидкостных оптических квантовых генераторов и усилителей
CN102868082B (zh) * 2012-09-26 2014-07-02 中国科学院西安光学精密机械研究所 微珠浸没式液体激光器及其热管理方法
RU2723162C1 (ru) * 2019-10-18 2020-06-09 Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И Лейпунского" Активная среда жидкостного лазера с диодной накачкой

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2715417T3 (es) Fluidos acuosos de pozos con densidad elevada
EP0010397A1 (en) Broadly tunable chromium-doped beryllium aluminate lasers and operation thereof
RU2785221C1 (ru) Активная среда высокоэнергетичного прокачного жидкостного лазера с диодной накачкой
Charbonnière Bringing upconversion down to the molecular scale
KR890000436A (ko) 살균제
KR950006916B1 (ko) 이미다졸리논 제초제의 제초성 수성 조성물
ES2341543T3 (es) Composicion insecticida.
Soares et al. Tunable green to red ZrO 2: Er nanophosphors
ES2301685T3 (es) Disoluciones de paracetamol para inyeccion listas para usar que contienen propilenglicol como unico codisolvente.
PT93803B (pt) Processo para a preparacao de uma solucao aquosa concentrada de glutaraldeido e 1,2-benzisotiazolin-3-ona
DE69107777T2 (de) Laser mit gemischten Yttrium- und Lanthanidsilicateneinkristallen.
Kazakov et al. Laser-like effects and upconversion fluorescence temporal dynamic in Tm3+, Yb3+ doped YF3 single crystals
Remski et al. Pulsed laser action in LiYF 4: Er 3+, Ho 3+ at 77° K
US20040042515A1 (en) Laser system utilizing highly doped laser glass
JPH11335878A (ja) 蒸気・復水系処理剤組成物
Zverev et al. Raman laser on strontium tungstate crystal
EP3703495B1 (en) Solvents for agricultural applications and pesticide formulations
CA2217705C (en) Laser material
Woliński et al. Warsaw Technical University, ul. Koszykowa 75, 00-662 Warsaw, Poland
US20080291530A1 (en) Amplifying Medium Comprising a Liquid Medium Based on Halogenated Ligands and Lanthanides
Fedorov et al. Periodic Q-Switched dual-wavelength lasing regime for remote sensing applications
US615444A (en) Half to charles m
US3708759A (en) Liquid laser
EP0432092B1 (en) Pesticide composition
US3623995A (en) Active medium for a liquid laser and method of preparation thereof