Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Блистанов А.А. -> "Кристаллы квантовой и нелинейной оптики" -> 30

Кристаллы квантовой и нелинейной оптики - Блистанов А.А.

Блистанов А.А. Кристаллы квантовой и нелинейной оптики — М.: МИСИС, 2000. — 432 c.
ISBN 5-87623-065--0
Скачать (прямая ссылка): kristllikvantovoynelineynoyfiziki2000.djvu
Предыдущая << 1 .. 24 25 26 27 28 29 < 30 > 31 32 33 34 35 36 .. 164 >> Следующая

Рис. 2.24. Температурная зависимость окраски ИАП, наведенной УФ излучением при Г =77 К
Таким образом, рекомбинационная люминесценция является процессом, конкурирующим с процессом локализации зарядов на глубоких уровнях с образованием центров окраски. Создание дополнительных мелких уровней и появление дополнительных каналов рекомбинации может облегчить процесс фотостимулированного разрушения центров окраски.
2.2. КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ СРЕДЫ ДЛЯ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫХ НЕОДИМОВЫХ ЛАЗЕРОВ
2.2.1. Свойства галлиевых гранатов
Рабочие характеристики твердотельных лазеров с оптической накачкой во многом зависят от эффективности передачи энергии накачки ионам-активаторам. Повышение коэффициента поглощения излучения накачки может быть достигнуто либо за счет повышения концентрации ионов-активаторов, либо за счет введения примеси-сенсибилизатора. В основных кристаллических средах, активируемых ионами неодима, кристаллах ИАГ и ИАП концентрация этих ионов не может быть выше 1,1 % (ат.) из-за концентрационного тушения. Использование ионов хрома в качестве сенсибилизатора в этих кристаллах оказалось малоэффективным из-за низкой скорости передачи энергии от хрома к неодиму. По этим причинам эффективность использова-76
ния энергии накачки неодимовыми лазерами на кристаллах ИАГ и ИАП не превосходит 30 %. Улучшение действия хрома как сенсибилизатора может быть достигнуто за счет лучшего согласования энергетических уровней возбуждения хрома и неодима для повышения вероятности безызлучательных переходов между ними. Так как положение уровней хрома сильно зависит от кристаллического поля, эта задача может быть решена изменением силы кристаллического поля, т.е. подбором подходящей кристаллической среды. В этом случае достигается не просто увеличение коэффициента поглощения активной среды, но и изменение ее спектров поглощения. Основой для выбора подходящей кристаллической среды служит диаграмма Тана-бе - Сугано [76] (рис. 2.25), показывающая зависимость положения энергетических уровней 4Тг и 2Eg от силы кристаллического поля Dq, которая определяется как
где <г4>ъё - радиус орбитали 3(/-электронов;
Ze - заряд катиона;
all - расстояние между катионом и анионами.
Сила кристаллического поля определяется размерными характеристиками и кристаллической решеткой. При малых изменениях параметра решетки изменение энергии уровней 4Тг и 2Eg прямо зависит от изменения параметра решетки (Да/оо)
D q = (Ze2/24neo)(<r4>3rf/a5),
(2.6)
Е,отн.ед.
ИГГ
ИАГ
ZnWO
Оц
Рис. 2.25. Зависимость уровней энергии ионов Сг3+ от величины кристаллического поля (Dq) [77]. Диаграмма Танабе - Сугано
77
д(4 72) = -50(DqMbala0y,
А (2Eg) = -9[ВУ(Од)п](Аа/ап).
Здесь В - параметр, который находится [76, 77] по разности между энергиями переходов 4Aig -> ATig и 4A2g -> AT\g {В = D^r/(1,5...3,5)}. Эти выражения проверены экспериментально измерением зависимостей положения спектральных линий от температуры [77, 78].
В начале 80-х годов были подобраны кристаллы, в которых схема энергетических уровней ионов Сг3+ менялась так, что эффективность безизлучательной передачи энергии от хрома к неодиму существенно повышалась. Как следует из рис. 2.26, для решения этой задачи кристаллическое поле должно быть ниже, чем в кристаллах ИАГ. Следовательно, для образования таких кристаллов должны быть привлечены катионы с химическими свойствами, близкими Y3+ или А13+, но с такими ионными радиусами, которые делали бы более просторной позицию ионов Сг3+ (позиция А13+ в ИАП- Такими ионами оказались ионы Ga3+ (R = 0,062 нм) и Sc3+ (R = 0,075 нм), оксиды которых образуют с оксидами гадолиния кристаллические соединения со структурой граната.
Кристаллическое поле кристаллов галлий-га до линиев ого (ГГГ) и галлий-скандий-гадолиниевого (ГСГГ) гранатов слабее и расстояние между уровнями 4T2g и 2Eg меньше, чем у ИАГ. Кроме того, в кристаллах ГГГ и ГСГГ энергия уровня АТг ниже, чем в ИАГ, и лучше соответствует положению уровней возбуждения AFv2 ионов Nd3+, что повышает эффективность безызлучательной передачи энергии от хрома к неодиму [79 - 81,83].
Свойства гранатов на основе оксидов галлия и гадолиния приведены ниже:
Химическая формула Сг, Nd GdjGa(Oi2
Симметрия кристалла Ia3d Ia3d
Постоянная решетки прн 300 К, нм 1,257 1,2383
Температура плавления, °С 1850 1750
Плотность, г/см3 6,495 7,09
Удельная теплоемкость, Дж/(кг-К) 402,9 -
Теплопроводность, Вт/(м К) 6,02 -
Твердость по Моосу 7,5 7,5
Модуль Юнга, Н/м2 210-109 -
Коэффициент теплового расширения, К'1 7,5-10-6 -
Показатель преломления для X = 1,064 нм 1,949 1,95
Термооптическая постоянная dn/df, К'1 1310-6 -
Константы упругости, Н/м2:
С„ 269-109 -
С, 2 102-Ю9 -
Си 77-109 -
(2.7)
(2.8)
78
Константы фотоупругости:
ри. Р *2' Р 14
.-0,97
.-0,40
.-0,66
В качестве лазерных сред были опробованы многие кристаллы гранатов, имеющих в своем составе ионы галлия, редкоземельных ионов в качестве активаторов и хрома в качестве сенсибилизатора. В частности, в ИОФ РАН выращены и исследованы такие кристаллы гранатов, как гадолиний-скандий-галлиевый, итгрий-скандий-гал-лиевый (ИСГГ), галлий-гадолиниевый, иттрий-галлиевый (ИГГ), лан-тан-лютециевый (ЛЛГ), гадолиний-скандий-алюминиевый (ГСАГ) [81, 82]. Наиболее эффективными оказались кристаллы ГСГГ: Nd, Сг, в которых коэффициент распределения Nd и Сг близок к единице, а микропараметр переноса энергии от Сг к Nd на два порядка выше, чем в ИАГ [80]. Генерация в этих кристаллах происходит на длине волны 1,0612 мкм при комнатной температуре с эффективным сечением захвата ст=1,7-1019 см2. Некоторые свойства ГСГГ приведены выше, а оптические характеристики этих кристаллов можно найти в [15]. Оптическое поглощение в ГСГГ в 2...3 раза выше, чем в ИАГ, что существенно повышает эффективность лазеров на ГСГГ, особенно при малых (до 5 мм диаметром) размерах лазерного элемента. Однако из-за высокого поглощения возрастает доля энергии накачки, превращающаяся в тепло. Если в ИАГ: Nd в тепло переходит 5 % энергии накачки, то в ГСГГ - до 15 % [82]. Поэтому из-за нагрева кристалла возрастает опасность эффекта тепловой линзы, что особенно сказывается на работоспособности лазерных элементов больших размеров. Поэтому кристаллы ГСГГ наиболее эффективны в импульсных лазерах. Ограничения, связанные с тепловой линзой, характерны для гранатов на основе оксида галлия и в меньшей степени влияют на работоспособность кристаллов, в состав которых входит оксид алюминия (ГСАГ, ИСАГ), теплопроводность которых выше [83].
Предыдущая << 1 .. 24 25 26 27 28 29 < 30 > 31 32 33 34 35 36 .. 164 >> Следующая
Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed