Спектроскопические и лазерные свойства кристаллов гексаалюминатов бериллия и бериллия-лантана, активированных ионами хрома и титана

• Автор: Петров, Виктор Валерьевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 145 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава 1. Твердотельные лазерные среды на электронно-колебательных переходах

примесных ионов

Глава 2. Физические свойства кристаллов ВеА16Ою и ВеЬаА^Ою

2.1. Структура кристаллов ВеА16Ою и ВеЬаА^О^

2.2. Оптические свойства кристаллов гексаалюмината бериллия и гексаалюмината бериллия лантана

2.2.1. Дисперсия показателей преломления кристаллов ВеА16Ою и ВеЬаА1цО!

2.2.2. Нелинейный показатель преломления кристаллов ВеА16О]0 и ВеЬаА1ц

2.2.3. Спектры оптического поглощения кристаллов ВеА16Ош и ВеЬаА1цО|

2.3. Термодинамические свойства кристалллов ВеА16Ою и ВеЬаА1] |0)
2.3.1. Упругие и упругооптические свойства кристаллов
гексаалюминатов бериллия и бериллия-лантана
Глава 3. Спектроскопические свойства ионов Сг3+ и Т13+ в кристаллах ВеА1бОю и
ВеЬаА1цО|
3.1. Электронно-колебательные переходы примесного иона в модели конфигурационных кривых
3.2. Методика экспериментальных исследований
3.3. Спектроскопические свойства ионов Сг3+ в кристалле ВеА16О
3.4. Спектроскопические свойства ионов Т13+ в кристалле ВеА16Ою
3.5. Спектроскопические свойства ионов Сг3+ в кристалле ВсЬаА1пО]9
3.6. Спектроскопические свойства ионов Т13+ в кристалле ВеЬаА1ц019
Глава 4. Лазерные свойства ионов Сг3+ в кристалле ВеА1бОю
4.1. Генерация перестраиваемого излучения на ионах Сг3+ в кристалле
ВеА1бО | о при ламповой накачке
4.2. Непрерывная генерация перестраиваемого излучения на ионах Сг3+ в кристалле ВеА16Ою при накачке излучением Аг+ - лазера
Заключение
Библиографический список
ВВЕДЕНИЕ
Исследование физических, спектроскопических и лазерных свойств новых кристаллических матриц, активированных примесными ионами, для создания на их основе перестраиваемых лазеров с широкими полосами излучения является одним из основных направлений квантовой электроники. Использование в лазерах широкополосных активных твердотельных сред позволяет также генерировать излучение сверхкоротких импульсов (СКИ).
Твердотельные перестраиваемые по частоте лазеры, активированные примесными ионами, находят широкое применение в фундаментальных исследованиях по нелинейной оптике, атомной и молекулярной спектроскопии, в исследовании свойств новых полупроводниковых материалов и взаимодействия СКИ с веществом, в оптических стандартах частоты, используются в системах связи, в том числе волоконно-оптической, и дистанционного зондирования атмосферы, в лазерной медицине и т.д. Современный этап развития физики твердотельных лазеров характеризуется активным поиском путей и методов получения аномально широких полос генерации стимулированного излучения в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазонах и созданием на их основе перестраиваемых по частоте источников излучения и лазеров с предельно короткой для этих диапазонов длительностью импульсов.
При поиске новых лазерных сред важными критериями выбора для широкого применения становятся: высокая фотохимическая стойкость и механическая прочность матрицы, воспроизводимость процесса роста кристаллов, большое сечение вынужденного излучения и широкая область перестройки, возможность работы в режиме с большой выходной мощностью при комнатной температуре, отсутствие поглощения в области генерации, наличие источников накачки с излучением, хорошо согласующимся с полосами поглощения примесного иона, и высокое оптическое качество кристалла.
Несмотря на то, что опубликовано большое количество работ, посвященных перестраиваемым твердотельным лазерам, задача поиска новых матриц, активированных примесными ионами, используемых в качестве широкополосных

активных сред для перестраиваемых лазеров и фемтосекундных систем, остается актуальной.
Цель диссертационной работы
Цель работы состоит в определении физических, спектроскопических и лазерных свойств новых кристаллических матриц - гексаалюмината бериллия (ВеА160|о) и гексаалюмината бериллия-лантана (ВеЬаА1цО|9), активированных ионами Сг3+ и 'П3+, для создания эффективных широкополосных активных сред перестраиваемых лазеров ближнего инфракрасного диапазона.
Автор выносит на защиту
1. Результаты измерений оптических (показатели преломления, их дисперсия, спектры оптического поглощения) И упругих СВОЙСТВ Кристаллов ВеА16Ою и ВеЬаА1ц019.
2. Спектроскопические и релаксационные характеристики ионов Сг3+ и ~П3+ в кристаллах ВеА16Ою и ВеЬаА1цС>19, измеренные в спектральной области 300 - 1100 нм, свидетельствуют, что примесные ионы находятся в ВеА16Ою в более слабом кристаллическом поле по сравнению с ВеЬаА1цО)9.
3. Кристаллы ВеА16Ою, активированные ионами Сг3*, позволяют реализовать перестраиваемую генерацию в спектральной области 780-920 нм при импульсной ламповой и в области 802-881 нм при непрерывной когерентной накачке излучением аргонового лазера при комнатной температуре.

Исследования показали, что ГАЛБ - оптически отрицательный кристалл (п0>пе), а спектральную зависимость показателей преломления можно описать квадратичной формулой Селмейера (2.2) [90]. В данном случае обозначения соответствующих величин таковы : я, - показатели преломления обыкновенной (г - о) и необыкновенной (/ = с) волн, А, - длина волны, измеряемая в нм, А, В, С - постоянные параметры, соответствующие наилучшему согласованию с экспериментальными данными. Значения параметров для обоих показателей преломления представлены в таблице 3.
На рис.2.5 приведены спектральные зависимости главных показателей преломления гексаалюмината бериллия-лантана для обыкновенной и необыкновенной волны. Точками отмечены экспериментально измеренные значения, а непрерывной линией - приближение, выполненное по формуле Селмейера.
2.2.2. Нелинейный показатель преломления кристаллов ВеА16О)0 и ВеЬаА1ц
Спектральные зависимости показателей преломления кристалла ВеА16Ою позволяют определить один из важных параметров твердотельной лазерной среды -нелинейный показатель преломления, П2. Этот параметр характеризует зависимость показателя преломления среды от квадрата амплитуды напряженности светового поля [91] : п = па + п2 где п0 - линейный показатель преломления, Е - напряженность
приложенного светового поля. Как известно, нелинейная часть показателя преломления «2 определяет различные изменения пространственных и временных характеристик лазерного излучения, проходящего через среду. Эти изменения, связанные с проявлением оптического эффекта Керра, необходимо учитывать при создании высокоинтенсивных лазерных систем, генерирующих излучение с фемтосекундной длительностью импульса. В области спектра, где среда имеет слабую зависимость показателя преломления от длины волны, нелинейный показатель преломления описывается полуэмпирическим выражением [91]: