Активные среды спектрально позиционированных лазеров ИК диапазона

• Автор: Дорошенко, Максим Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 189 с. : ил.

Глава 1. Разработка и исследование неодимсодержащих сред

для лазеров и усилителей диапазона 1.28-1.3 мкм

1.1 Спектрально-люминесцентные свойства редкоземельных ионов

1.2 Влияние материала матрицы на длину волны люминесценции на

переходе 4Р3/2-4113/2 ионов неодима

1.2.1 Спин-орбитальное взаимодействие

1.2.2 Нефелауксетический сдвиг

1.2.3 Штарковское расщепление

1.3 Усилительные свойства неодима вблизи 1.3 мкм

1.4 Объекты исследования

1.4.1 Спектры поглощения и их анализ по теории Джадда-Офельта

1.4.2 Фторидные кристаллы
1.4.3 Оксидные кристаллы
1.5 Люминесцентные свойства
1.5.1 Люминесцентные свойства фторидных кристаллов
1.5.2 Люминесцентные свойства оксидных кристаллов
1.6 Времена жизни уровня
1.7 Спектры сечения люминесценции
1.8 Максимально возможное усиление активных сред
1.9 Спектры лазерной генерации фторидных кристаллов
Основные результаты Главы
Глава 2. Лазерные генераторы и усилители излучения ближнего
(1.3-1.5 мкм) и среднего (2-5 мкм) ИК диапазона
2.1 Генерация излучения на переходе 4Гз/2 -ъп в кристаллах
гадолиний галлиевого граната с неодимом
2.1.1 Определение пикового сечения межштарковского перехода
в кристалле СКЮ:Ш на основе измеренных спектров люминесценции
2.1.2 Определение величины эффективного сечения лазерного
перехода на основе лазерных экспериментов
2.1.3 Лазерная генерация кристаллов СЮЮ:Н<13+ и (ХЮ:Ш3+,Сг3+
на переходе 4Рз/2-411з/2 (А,=1.33 мкм)
2.1.4 Получение длинноволнового излучения вблизи 1.4 мкм
на переходе ^з/з^Іізя ионов неодима
2.1.5 Люминесцентные свойства и спектр сечения люминесценции кристалла СХХ}:Ж3+ на переходе 4Бз/2-4ііз/2 вблизи длины
волны 1.4 мкм
2.1.6 Генерационные свойства кристалла (ЗСКЗ:П<13+,Сг3+ на длине
волны 1.42 мкм
2.2 Получение заданной длины волны излучения твердотельного лазера
в области 1.3 мкм для накачки НБ молекулярного газа
2.2.1 Разработка и исследование узкополосного лазера, генерирующего
на длине волны 1330.67 нм, для накачки НБ молекулярного лазера
2.2.2 Исследование регенеративного усилителя на длине волны
1.3 мкм на основе кристалла <ЗСЮ:Н(13+
2.2.2.1 Численное моделирование однопроходового усиления
в активных средах при ламповой накачке
2.2.22 Многопроходовые усилители на длине волны 1.3 мкм
2.3 Преобразование излучения неодимовых лазеров с длиной волны
в безопасный для глаз диапазон длин волн 1.5 мкм с помощью ВКР
2.3 .1 Внутрирезонаторное и внерезонаторное ВКР преобразование излучения 1.3—>1.5 мкм в кристалле Ва(Ж>з)2 при пассивной модуляции добротности лазера накачки кристаллами БгБ^Ш2, и УАО:У3+
2.3.2 ВКР преобразование излучения 1.3—>1.5—>1.8—>2.1 мкм в.новом Рамановском кристалле ВаУС>4 при накачке УАО:Ш лазером с акусто-оптической модуляцией добротности
2.4 Генерация ионов диспрозия (Бу3+) в новом кристалле тиогаллата
свинца (РЬОа^) с коротким фононным спектром при накачке УАО:Ш3+ лазером, работающем на длине волны 1.318 мкм в
режиме свободной генерации
Основные результаты Главы
Глава 3. Использование традиционного и кооперативного механизмов переноса энергии для создания эффективных лазеров
среднего ИК диапазона
3.1. Безызлучательный перенос энергии в системе донор-акцептор
3.2. Сенсибилизация люминесценции ионов эрбия и гольмия ионами четырехвалентного хрома в кристалле ортосиликата
иттрия (¥28105)
3.3 Определение механизмов передачи энергии от ионов Сг4+
к ионам Ег3* и Но3+ в кристалле У23Ю5 и эффективности переноса
3.4. Исследование кооперативного переноса энергии, сенсибилизации и размножения оптических возбуждений в кристаллах фторидов
для создания лазеров среднего ИК диапазона
3 .5 Традиционный донор-акцепторный перенос энергии от ионов эрбия
к ионам церия в кристаллах твердых растворов ЬаьхСехБз
3 .6 Кооперативное тушение люминесценции ионов неодима и эрбия
в кристаллах твердых растворов Ьа1-хСе„Рз
3.7 Кооперативное тушение люминесценции ионов туллия, гольмия и
тербия в кристаллах твердых растворов Ьа1.хСехЕз
3.8 Интегралы перекрытия спектров люминесценции редкоземельных ионов с виртуальными спектрами поглощения двух- и трехчастичных акцепторов - ионов Се3+
3.9 Кооперативное тушение люминесценции ионов тербия в
кристаллах иттриевого и итербиевого гранатов
3.10 Исследование последовательной и кооперативной сенсибилизации верхнего уровня иона церия в системе с размножением возбуждений
для создания лазеров среднего ИК диапазона
Основные результаты Главы
Заключение
Приложение 1. Исследование режимов пассивной модуляции добротности резонатора (ИХ^М34 лазера, работающего на длине волны 1.3 мкм,
кристаллами 8гЕ2:М2+
ПР1.1 Насыщающиеся фильтры
ПР 1.2 Свойства насыщающихся фильтров на основе
кристаллов 8гр2:Ш2+
хорошо известное стекло 2ВЬАК имеет максимум люминесценции Хтах=1.318 мкм при почти вдвое более узкой ширине спектра (Ду=260 см'1). Наиболее длинноволновый максимум пика люминесценции наблюдается в кристаллах ВаР2-12%ЬаРз:К<1Рз (Хгпах= 1 328 мкм, Ду=220 см'1) и Сар2-2,3%УРз:Н6Рз {7,тах=1.336 мкм, Ду=410 см'1). Следует отметить, что спектры люминесценции кристаллов МеРз-БпРз^йРз, ЬпРз-МеРггШРз и 5КаР-9Т3:ШРз слабо зависят от длины волны возбуждающего излучения и концентрации ионов неодима.
Иная ситуация складывается для кристаллов СаР2 и БгБг и их твердых растворов. Сильная зависимость спектра люминесценции от длины волны возбуждения является характерной чертой кристаллов щелочно-земельных фторидов. В экспериментах для кристалла 8гР2.0.8%ИйРз наблюдались два типа спектров люминесценции, относящиеся к различным оптическим центрам иона неодима, выделяемых при различных длинах волн возбуждающего излучения. Это видно из Рис. 9, где спектр получен при возбуждении излучением александритового лазера с длиной волны 752 нм, и Рис. 10, где спектр снят при возбуждении аргоновым лазером с длиной волны 514.5 нм. Следует заметить, что при возбуждении люминесценции александритовым лазером с длиной волны 743 нм, получался спектр аналогичный тому, который наблюдался при возбуждении люминесценции аргоновым лазером. Как видно из приведенных спектров, при использовании длин волн
514.5 нм и 743 нм в кристалле 8гР2:0.8%№Рз возбуждается преимущественно коротковолновая люминесценция одиночных тетрагональных Ь-центров, в то время как при использовании длины волны 752 нм возникает длинноволновая люминесценция кластеризованных центров иона неодима.
Этот пример демонстрирует возможность управления спектром генерации лазера при помощи изменения длины волны генерации лазера накачки. В случае накачки диодными лазерами этого можно легко достичь, например, изменением температуры диода, установленного в термостат на эффекте Пельтье.
Люминесцентные свойства кристаллов СаРг.РМБз и 8гР2:№Рз и их твердых растворов также сильно зависят и от концентрации ионов неодима. Примеры такой зависимости спектров люминесценции для кристаллов СаР2:7%ШРз и СаР2:0.3%№Рз для одинаковых длин волн возбуждающего излучения показаны на Рис. 9 и Рис. 10 соответственно. Из рисунков видно, что чем выше концентрация ионов неодима, тем больший вклад вносят кластеризованные центры в спектр люминесценции. Люминесценция кластеризованных центров сильно потушена и квантовый выход люминесценции составляет только 5% от величины квантового выхода для одиночных тетрагональных