Генерационные и спектрально-кинетические характеристики лазера на кристалле Fe2+: ZnSe

• Автор: Воронов, Артём Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Долгопрудный
• Количество страниц: 151 с. : ил.

Оглавление
Оглавление
Введение

1 Обзор литературы

1.1 Твердотельные лазеры, излучающие в среднем инфракрасном диапазоне спектра

1.1.2 Твердотельные лазеры на основе кристаллов халькогенидов, легированных ионами переходных металлов

1.2 Пассивные модуляторы добротности

1.3. Кристалл гп8е, легированный ионами Ре2+

1.4 Методы выращивания и легирования кристаллов

1.4.1 Метод выращивания кристалла Ре2+п8е, исследуемого в работе

1.5 Методы высокочувствительной абсорбционной спектроскопии

2 Характеристики лазера на кристалле Ре2+Лп8е при температурах 85-255 К
2.1 Описание экспериментальной установки
2.2 Генерационные характеристики
2.3 Спектральные характеристики
2.4 Харакгеристики Ре2+п8е-лазера при охлаждении активного элемента с помощью термомодуля
2.5 Заключение
3 Использование кристалла Ее2+:гп8е в качестве пассивного затвора для модуляции добротности резонатора Ег:УАС-лазера
3.1 Численное моделирование
3.2 Схема установки
3.3 Результаты и их обсуждение
3.4 Заключение
4 Характеристики лазера на кристалле Ге2+п8е при комнатной температуре активного элемента
4.1 Схема экспериментальной установки
4.2 Генерационные и спектральные характеристики Ге2+Лп8е-лазера
с 2+
4.3 Измерение времени затухания люминесценции уровня Т2 иона Ге в матрице ZnSe при комнатной температуре
4.4 Заключение
5 Генерация Ге2+п8е-лазера в непрерывном режиме
5.1 Экспериментальная установка
5.2 Результаты и их обработка
5.3 Заключение
6 Внутрирезонаторная лазерная спектроскопия (ВРЛС) на основе лазера на кристалле Ге2+:гп8е
6.1 Схема установки для исследования спектральной динамики Ге2+п8е-лазера с поглотителем внутри резонатора
6.1.1 Расчет температуры некритичного коллинеарного 90-градусного оое-синхронизма в кристалле ІлГЧЬОз
6.1.2 Схема для регистрации спектральной динамики
6.2 Полученные результаты
6.3 Заключение
Заключение
Список определений, обозначений и сокращений
Публикации по теме диссертации
Список литературы

Введение
В настоящее время лазеры нашли широкое применение в промышленности, медицине, телекоммуникациях. Для некоторых приложений используются лазеры на основе активных сред, обладающих широким контуром усиления, позволяющих плавно перестраивать длину волны генерации. В видимой области спектра для этих задач используют лазеры на растворах красителей. Они обладают высоким КПД и большим диапазоном перестройки длины волны. В инфракрасной (ИК) области спектра расположены сильные линии поглощения многих молекул, обусловленные колебательновращательными переходами, поэтому применение лазеров с длиной волны генерации в ИК диапазоне позволяет повысить чувствительность методов спектрального анализа и успешно применять такие лазеры в науке и технике, например, для исследования кинетики химических реакций, экологического мониторинга атмосферы, в медицине и т.д.
В последние годы активно ведется поиск и исследование таких лазерных сред для диапазона 2-5 мкм. Одними из наиболее перспективных кандидатов на эту роль являются кристаллы на основе халькогенидов (7.п8, Хпве и др.), легированные двухвалентными ионами переходных металлов (Сг, N1, Ре и др.) [1]. Наиболее исследованным из этой группы является кристалл Сг2+:2п8е. При использовании активных элементов лазеров, изготовленных из кристаллов Сг2+:7п8е, была получена эффективная генерация в непрерывном и импульсном режимах, продемонстрирована возможность перестройки в широком спектральном диапазоне (1.88-3.10 мкм) [2, 3]. Кроме того, продемонстрирована генерация в лазерах на кристаллах 2п8, гпБе, Cdo.85Mno.15Te, Cdo.55Mno.45Te, CdSe, легированных ионами Сг2+ [2, 4], и в кристалле ХпБс, легированном ионами Ре2+ [5, 6]. Последний из перечисленных кристаллов особенно интересен тем, что его область люминесценции смещена в красную область спектра дальше остальных, на которых была получена генерация. К сожалению, дифференциальный КПД по поглощенной энергии и максимальная энергия генерации Ре2~:/п8е-лазера, полученные в работе [5], были небольшими и существенно уступали по величине аналогичным параметрам Сг2+пБе-лазера. Генерация возникала при охлаждении активного элемента до температур в диапазоне от 15 до 180 К.
Кристалл Ре2+:7п8е, используемый в работе [5] в качестве активного элемента, был выращен методом Бриджмена. Тем не менее, известно, что кристаллы, выращенные из паровой фазы, обладают большей оптической однородностью, меньшими потерями и более высокими лазерными характеристиками [7]. Поэтому для получения высоких КПД и максимальной энергии в импульсе перспективно в качестве активного элемента

1.4 Методы выращивания и легирования кристаллов
'Кристаллы халькогенидов, легированные ионами переходных металлов, могут быть выращены различными способами. Для создания активных элементов твердотельных лазеров в ряде методов производится легирование кристалла в процессе роста. Другой способ состоит из двух этапов: вначале выращивается нелегированный кристалл, а затем производится его последующее легирование ионами переходных металлов с помощью термодиффузии [94]. При этом нелегированный кристалл А||В'Л (халькогенид) может быть получен с помощью нескольких методов: 1) из расплава (наиболее широко используется метод Бриджмена); 2) из растворов (наиболее популярным является метод движущегося нагревателя); 3) из газовой фазы с использованием физического или химического транспорта компонент [94]. Для того чтобы вырастить кристалл АПВ'Л, легированный в процессе роста, используется метод Бриджмена или рост из паровой фазы с использованием химического или физического транспорта. Каждый метод обладает своими достоинствами и недостатками. Рассмотрим некоторые из них подробнее.

В методе Бриджмена кристалл выращивается из расплава содержащего все необходимые компоненты, поэтому образец получается легированным до нужного уровня ионами переходных металлов за один этап. В работе [79] монокристаллы Со:/,пБ были выращены с помощью метода Бриджмена, а затем использованы в качестве насыщающихся поглотителей для модуляции добротности резонатора лазера. В работе [1] исследованы спектральные свойства кристаллов Сг2+:2пБ, Сг2’:2пБе, Сг2+:7пТе, Со2+:2пБ, Со2+:7п8е, Со2+:7пТе, N1 +:2пБ, Кг’пБе, Бе2+:2пБе, выращенных модифицированным вертикальным методом Бриджмена, и получена генерация для кристаллов Сг24:2пБ, Сг2+:7пБе. Авторами сообщается, что в кристаллах наблюдались градиенты окраски, обусловленные неоднородностью легирования. Кристаллы имели поликристаллическую структуру, состоящую из монокристаллов каждый объемом несколько кубических миллиметров. Из них вырезались образцы для проведения исследований. В одной из последующих работ этих авторов [7] отмечено, что кристаллы не являются однородными, и в них наблюдаются включения и пустоты. Получена генерация на кристаллах Сг2+:Сбо 85Мп015Те [55,56] и на кристаллах Сг2+:Сб0.55Мпо45Те [57], выращенных с помощью метода Бриджмена. Кроме того, в работе [57] были измерены спектры поглощения и люминесценции кристаллов Со2,:Сбо язМпо.ыТе, выращенных тем же методом. Впервые генерация Ре21:2пБе-лазера получена в работе [5]. Активный элемент был выращен методом Бриджмена. Кристаллы Бе2+:2пТе, выращенные методом Бриджмена, исследовались в работе [90]. А в работе [95] были исследованы кристаллы