Процессы переноса и релаксации энергии в лазерных кристаллах со структурой граната, активированных хромом и неодимом

• Автор: Остроумов, Василий Георгиевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 170 c. : ил

ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

§ I. Ионы неодима как рабочие частицы твердотельных

кристаллических лазеров

§ 2. Теория безызлучательного переноса энергии электронного возбуждения в конденсированных средах
§ 3. Экспериментальные работы по изучению сенсибилизированной люминесценции ионов Ы<15+ ионами Сг5+

ГЛАВА II. ОСОБЕННОСТИ АКЦЕПТОРНОЙ КИНЕТИКИ В СЛУЧАЕ СИЛЬНОЙ

И СЛАБОЙ ДОНОРНО-АКЦЕПТОРНОЙ СВЯЗИ

§ I. Экспериментальные критерии оценки эффективности

донорно-акцепторного взаимодействия

§ 2. Экспериментальные методы исследования процессов переноса энергии в коллективе взаимодействующих
частиц
§ 3. Перенос энергии сг — М в кристаллах алюмоборатов и иттрий-алюминиевого граната /сильное и слабое
донорно-акцепторное взаимодействие
ГЛАВА III. С1ЖТРАЛБН0-ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ СВОЙСТВА ИОНОВ ХРОМА
И НЕОДИМА В КРИСТАЛЛАХ СО СТРУКТУРОЙ ГРАНАТА
§ I. Влияние кристаллического поля основы на
спектральные характеристики ионов хрома
§ 2. Обоснование выбора кристаллов редкоземельных галли евых гранатов, активированных ионами хрома, как потенциальных активных сред неодимовых лазеров повышенной эффективности

§ 3. Связь спектрально-люминесцентных свойств ионов хрома с его возможностями как активатора и сенсибилизатора в активных средах твердотельных
лазеров
§ 4. Измерение поперечного сечения генерационного электронно-колебательного перехода 4Т2 - 4А2 ионов хрома в кристалле гадолиний-скандий-галлиевого граната
§ 5. Спектрально-люминесцентные свойства ионов неодима в кристаллах гадолинии-галлиевого и гадолинийскандий галлиевого граната
Глава IV. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИОНОВ ХРОМ И НЕОДИМ В КРИСТАЛЛАХ
СО СТРУКТУРОЙ ГРАНАТА
§ I. Спектрально-люминесцентные свойства двукратно активированных кристаллов редкоземельных галлиевых гранатов
§ 2. Методы расчета населенности акцепторной подсистемы в двукратно активированных конденсированных
средах
§ 3. Описание временных эволюций населенности верхнего лазерного уровня ионов неодима в кристаллах гранатов, соактивированных ионами хрома
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Со времени появлений первого лазера на рубине созданы различные лазеры - газовые и полупроводниковые, жидкостные и химические, на парах металлов и центрах окраски и др. Каждый тип лазеров имеет свою определенную сферу применения в зависимости от их достоинств и недостатков. В частности, широкое использование твердотельных лазеров обусловлено рядом присущих им свойств и прежде всего возможностью достижения значительной удельной мощности генерации путем создания высоких концентраций рабочих частиц. Среди твердотельных наиболее широкое распространение получили лазеры, работающие по четырехуровневой схеме, в которых в качестве активаторов используются ионы редкоземельных элементов. Оказалось, что эти ионы, и особенно ион неодима, обладают весьма удобной для лазеров структурой оптических энергетических уровней. Вследствие этого ион неодима стал наиболее распространенным активатором в твердотельных лазерах. Он обнаруживает способность к генерации в большом числе кристаллических сред, список которых можно найти, например в [I, с.112] . В свою очередь среди неодимовых лазеров наиболее
широко используемыми являются лазеры на основе иттрий-алюминие-вого граната - ЙАГ: Ь4е11+ , работающие в самых различных режимах: свободной генерации, гигантских импульсов, гигантских импульсов с большой частотой повторения, непрерывной генерации.
Однако, в процессе развития и совершенствования лазерной техники выяснилось, что одним из основных недостатков кристаллических неодимовых лазеров является их низкий КПД вследствие плохого согласования узких полос поглощения неодима со спект-

На рис.2.2 г,д представлены спектры люминесценции, записанные при Т=77 К. В спектрах кристаллов с содержанием хрома у=0,001 и у=0,05 видно, что & - линии (будем их так называть по аналогии с рубином) обузились до полуширины ~0,9 нм, а интенсивность длинноволновой полосы резко упала для обеих концентраций. Ответственным за возникновение этой широкой полосы является заселение с ростом температуры возбужденного состояния хрома АТ , что объясняет также и температурную зависимость ТСг (рис.2.3).
Кинетика люминесценции ионов хрома не зависит от длины волны регистрации излучения и при у = 0,001 является практически экспоненциальной с временами жизни ТСг = 155 икс и 1,7 мс при Т=300 и 77 К соответственно. Повышение концентрации хрома до у=0,05, как это видно из рис.2.3 а,63 приводит к увеличению неэкспоненциальности и сокращению длительности свечения из-за концентрационного тушения люминесценции.
Введение ионов замещающих ионы вс(3>+, приводит не
только к сильному изменению кинетики люминесценции ИОНОВ Сг* (рис.2.3 в,г), становящейся резко неэкспоненциальной, но и к некоторым изменениям в спектрах люминесценции ионов Сг4 при Т=300 и 77 К (рис.2.2 е,ж). Видно, что узкие линии сдвигаются в длинноволновую область спектра, уширяются, а интенсивность широкой полосы резко уменьшается, и в ней наблюдается ’’провал" что связан© с наличием как безызлучательного, так и излуча-тельного переноса энергии Сг-+Ыс1 в стационарном режиме.
При исследовании процессов переноса энергии Сг-*М4 в кристаллах на.х&с11_х(А11_у.Сгу)з(воз)4 оказалось,
что эффективная передача энергии в этом кристалле, как и предполагалось нами, имеет место при весьма умеренных концентрациях