Кристаллы квантовой и нелинейной оптики - Блистанов А.А.
ISBN 5-87623-065--0
Скачать (прямая ссылка):
Для получения лазеров в ИК-области спектра наиболее перспективны кристаллы ИЛФ: Но (^= 2,06 мкм) и ИЛФ: Ег (Х= 1,73 мкм). На этих кристаллах могут бьггь созданы лазеры, работающие в среднем ИК-диапазоне при комнатной температуре с коэффициентом полезного действия * 1 %.
Другая особенность рассматриваемых фторидов - относительно слабое кристаллическое поле, что делает возможным использование этих кристаллов для создания лазеров с перестраиваемой частотой с применением в качестве активаторов ионов переходных металлов [10,
11], в частности ионов Сг3+.
3.2. Кристаллы LiCaAlF« HLiSrAlF«
Во многих областях науки фотохимии, биологии, медицине, разделении изотопов и др. - требуются лазеры, излучающие в ультрафиолетовой области спектра. Трудности получения генерации коротковолнового оптического излучения связаны с отсутствием работающих в УФ-области лазерных сред и ламп накачки. В качестве перспективных сред для УФ-области спектра рассматриваются кристаллы сложных фторидов, образуемых фторидами щелочных, щелочноземельных ионов и алюминия, в частности LiCaAlF6 (ЛИКАФ) и LiSrAlF6 (ЛИСАФ). Генерация на этих кристаллах, легированных ионом Се3+ в УФ-области спектра получена с применением накачки четвертой гармоники неодимового лазера.
91
3.2.1. Структура кристаллов LiCaAlF6 и LiSrAlF«
? ? СД Рассматриваемые кристаллы обладают пространст-
венной группой P3iC [7]. Структуру кристаллов фор-. ^ ц мирует плотнейшая упаковка ионов F . В подрешет-
ке ионов F" 1/2 октаэдров занята катионами Li, Ca(Sr) и А1 , причем Li и А1 располагаются так, что запол-D 0 Са няюх 1/3 октаэдрических пустот каждый, образуя
корундовый мотив упаковки, а 1/3 пустот остается Li А1 ? свободной. Корундовые слои чередуются с карбо-
натными, в которых ионы Ca(Sr) заселяют 1/3 окта-
? ? Са ЭДР0В> а остальные 2/3 остаются пустыми (рис. 3.1).
В соответствии с группой P3iC такие слои располагаются перпендикулярно оси С и чередуются, Li А1 ? образуя трехмерную структуру. Параллельно оси С
идут три колонки из октаэдров с периодом повто-
? ? Са ряемости вдоль оси С - четыре слоя (рис. 3.2). В
слое Li - А1 - F3 литиевый и алюминиевый октаэд-Рис. 3.1. Чередова- рЬ1 соединяются через общее ребро, являющееся са-
ние катионных ело- мым КОрОХКИМ (0,2481 нм). Все другие связи идут ев в структуре кри- * v r J _
сталлов LiCaAiF^ и через общие вершины так, что на каждом ионе F LiSrAiFs [13] сходятся вершины трех октаэдров - алюминиевого,
кальциевого и литиевого. Элементы атомной структуры ЛИСАФ показаны на рис. 3.3. При легировании кристаллов активаторами ионы Се3+ предположительно замещают Sr(Ca) [15], а ионы Сг3+ замещают А13+ [16], так как имеют одинаковую валентность, несмотря на то что размер Сг3+ близок к размеру Li+.
Возможность выращивания достаточно крупных кристаллов, отсутствие окраски под действием излучения накачки, приемлемые термические свойства делают эти кристаллы перспективными лазерными матрицами [10 13]. Физические свойства кристаллов ЛИСАФ
приведены ниже:
Группа симметрии...........................P3iC
Теплопроводность (Не), Вт/(м-К)............3,09
Температура плавления, °С...................766
Коэффициент теплового расширения, К-1:
Не..............................110 s
На..........................1,88-10-5
Модуль Юнга 10-9, Н/м2......................109
Прочность на разрыв, Н/м2................68-109
Показатель преломления (^. = 0,850 мкм):
п0 ............................1,4054
п,.............................1,4074
Термооптические постоянные, К-1:
6n0ldT....................... 2,5 10-6
dnJdT.......................-4,0-10-6
92
Рис. 3.2. Схема заселения октаэдров в структурах LiSrAlF6 и LiSrAlF6: Сг3*. Слои расположены перпендикулярно оси С кристалла: а - корундовый (нльмеиитовый) слой типа АА'Хз из A1- и Li-октаэдров; б - карбонатный слой типа АХз из Sr-октаэдров [14|
Рис. 3.3. Атомная структура кристаллов типа LiSrAlF6 [10]
Дисперсия показателей преломления ЛИСАФ определяется уравнениями Селлмейера:
п; =1,98448+ °’00235---------0,01057л2;
А.2 -0,10936
4 =1,97673+ °’003°-----------0.00828Х2.
X.2-0,00935
3.2.2. Оптические и генерационные свойства LiCaAlF6HLiSrAlF6
Ионы хрома в кристаллах LiCaAlF6 и LiSrAIFe работают по трехуровневой схеме. Электронные переходы 2Е -> М2 запрещены, что делает этот уровень метастабильным. Если уровень иона хрома 2Е рас-
*т.» V///7777//7,
*л,
m гы>
м зге
Рис. 3.4. Структура уровней С г3* в кристаллах LiSrAlF6 [14]
Рис. 3.5. Спектры поглощения (/) и люминесценции (2) соединения LiSrAlFe: Сг3+ при комнатной температуре [18]
полагается вблизи полосы 4Ti, то возбуждение с 2Е переходит в ATi, что приводит к эффекту поглощения возбужденного состояния (ESA
- exident state absorption). Эффект ESA понижает эффективность лазерной среды. Во фторидных кристаллических матрицах (ЛИКАФ и ЛИСАФ) эффект ESA существенно снижен по сравнению с оксидными матрицами. Это делает фторидные матрицы особенно перспективными для лазеров с перестраиваемой частотой на переходных металлах, т.е. для тех лазеров, в которых используется близость состояний 2Е и472 (см. гл. 4).
