Кристаллы квантовой и нелинейной оптики - Блистанов А.А.
ISBN 5-87623-065--0
Скачать (прямая ссылка):
Структура уровней иона Сг в ЛИСАФ показана на рис. 3.4. Спектр поглощения ЛИСАФ: Сг имеет три пика: X = 290 нм (накачка на 4Tlb ), X =450 нм (накачка на 4Т\а) и X =600...700 нм (накачка на
*Тг). Спектры люминесценции и поглощения (рис. 3.5) показаны для поляризаций света - перпендикулярной и параллельной оси С. Время жизни на мета ста бильном уровне Сг в ЛИСАФ (67 мкс) меньше, чем в ЛИКАФ (170 мкс). ЛИСАФ имеет широкую полосу излучения в области 760...920 нм, что определяет возможность перестройки длины волны генерации. Ограничение диапазона перестройки снизу (760 нм) определяется перекрытием полос излучения и поглощения.
При генерации света в УФ-диапазоне наибольшую эффективность показывает кристалл LiSrAlF6:Ce. Спектры излучения и поглощения ионов Се3+ (рис. 3.6) в этих кристаллах определяются переходами между основными 4/1 и 5dl состояниями (рис. 3.7). Значения Сечения поглощения и сечения для усиления (генерации) для различных поляризаций приведены в табл. 3.2.
Кристаллы ЛИСАФ и ЛИКАФ выращиваются из расплава методом Чохральского [11] и методом Стокбаргера. Температура кри-
94
г
s^y//////M%
длине Змны, нм
Рис. 3.6. Спектры поглощения и люминесценции кристаллов LiSrAlF6:Ce для поляризации света параллельно (л) н перпендикулярно (о) оси С [6]
Рис. 3.7. Схема уровней ионов Се3+ в кристаллах LiSrAlF6[6]
Таблица 3.2. Сечения захвата для оптических переходов в ионах Се3+
Показатели Сечение захвата, см2, при длинах, волн
266 нм 290 нм
Поляризация я в я a
Сеченне поглощения вАас ¦ Ю-18 7,3 6,6 - -
Сечение усиления вЕМ ¦ 10"18 - - 9,5 6,1
Сечение ESA • 10"18 6,5 2,3 2,7 4,6
сталлизации этих кристаллов составляет дня ЛИСАФ 766 °С и для ЛИКАФ 810 °С. Для получения оптических монокристаллов необходимо обеспечить отсутствие влаги в ростовой камере. Такие условия достигаются либо в глубоком вакууме, либо в атмосфере инертного газа, хорошо очищенного от примеси воды. При ведении процесса в вакууме используют фторирующий агент, в качестве которого наиболее эффективен тефлон. Продуктом разложения тефлона является C2F4, который, в свою очередь, разлагается при 1200...1300 °С по реакции C2F4 = С + CF4. Фторирующие добавки удаляют оксиды и подавляют гидролиз в присутствии Н2О.
95
Глава 4 КРИСТАЛЛЫ ДЛЯ ЛАЗЕРОВ С ПЕРЕСТРАИВАЕМОЙ ЧАСТОТОЙ
Одно из основных требований к ионам-активаторам - наличие узкого метастабильного уровня, переходы с которого дают узкую линию люминесценции. Однако узкий уровень дает фиксированную частоту излучения и не позволяет ее перестраивать с помощью изменения параметров резонатора. Поэтому для перестраиваемых лазеров мета-стабильное состояние должно обладать диапазоном энергий. Это становится возможным, если электроны, находящиеся на метаста-бильном уровне, сильно связаны с колебаниями кристаллической решетки и под их воздействием могут менять энергию в достаточно широком диапазоне. Для этого метастабильный уровень либо сам должен быть достаточно широким, либо должен бьггь настолько близок к другой широкой энергетической полосе, чтобы стало возможным термическое заселение ее с метастабильного уровня. Первое условие реализуется для ионов Ti3+ в корунде, когда под действием кристаллического поля полоса 472 снижается настолько (возможность такого снижения показана на рис. 2.14 на примере иона Сг3+), что уровень 2Е оказывается в полосе “72, так что становятся возможными излучательные переходы непосредственно с 4Ti на 4А2. Линия люминесценции, возникающей в результате этих переходов, простирается от 0,6 до 1,0 мкм, что обеспечивает очень широкий для кристаллических лазеров диапазон перестройки частоты [1, 2].
Второе условие реализуется для ионов Сг3+ в александрите (ВеАЬО.»), где под действием кристаллического поля метастабильный уровень 2Е ионов Сг3+ сближается с широкой полосой 472 так, что становится возможным термическое заселение полосы 47^ с уровня 2Е. Оптические переходы из системы уровней Тг -> Е на стабильный „ ., „ . „ ,+ уровень 4А2 (рис. 4.1) обеспечи-
Рис. 4.1. Схема уровнен ионов Сг3+, нсполь- Jr „
чуемых для перестраиваемых лазеров. Стрел- ВЗЮТ ВОЗМОЖНОСТЬ перестройки камн указаны электронно-колебательные пе- Лазерного ИЗЛучеНИЯ, впервые реходы (р - эффективные координаты ионов) реаЛИЗОВЭННОЙ На ЭТОМ крИ-
96
сталле в 1977 г. [3]. Сходное поведение проявляет Сг3+ в кристаллах ГСГГ, где уровни Гг и Е тоже оказываются достаточно близки для реализации электронно-колебательного взаимодействия [3, 5].
В гл. 3 отмечалась возможность создания перестраиваемых лазеров на фторидных матрицах с ионами-активаторами Сг3+. Перестраиваемые лазеры были созданы и на фторидных матрицах с двухвалентными ионами переходных металлов V2+, Ni2+, Со2+ [6, 7].
4.1. АЛЕКСАНДРИТ
Матрицы на оксидных системах способны работать в более жестких температурных условиях и являются более перспективными для создания мощных непрерывных лазеров с перестраиваемой частотой. Такими матрицами являются александрит и корунд с титаном. Свойства и генерационные характеристики александрита подробно рассмотрены в обзоре [8]. Александрит - разновидность хризоберилла (ВеАЬ04), в котором хром замещает ионы алюминия. В искаженной гексагональной плотно упакованной анионной подрешетке 1/8 тетраэдрических узлов занята ионами бериллия и 1/2 октаэдрических узлов
