Разработка активных сред для ап-конверсионных твердотельных лазеров с диодной накачкой на основе моноклинного кристалла BaY2F8 легированного ионами Yb3+,Pr3+ и Ce3+

• Автор: Пушкарь, Александр Александрович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 123 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ЛАЗЕРНЫЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КРИСТАЛЛЫ И ИХ СТИМУЛИРОВАННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ В ВИДИМОЙ И
УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ ОБЛАСТЯХ СПЕКТРА
1.1 Прозрачные диэлектрические кристаллические матрицы для твердотельных лазеров видимого и УФ диапазонов спектра
1.2 Проблемы разработки активных сред для твердотельных лазеров видимого и УФ диапазонов спектра и способы их разрешения.
1.2.1 Проблема выбора источников накачки для твердотельных лазеров видимого, УФ диапазонов спектра
1.2.2 Образование центров окраски и способы их подавления
1.3 Выбор перспективной матрицы для лазеров видимого и УФ диапазонов спектра
1.4 Многоуровнивые ап-конверсионные схемы возбуждения стимулированного излучения в активированных кристаллах
1.4.1 Поглощение с возбужденного состояния (ESA)
1.4.2 Ап-конверсионная передача энергии (ETU)
1.4.3 Фотонная лавина (РА)
1.5 Ап-конверсионные лазерные схемы возбуждения фторидов активированных РЗИ цериевой и иттриевой подгруппы
1.5.1 Ап-конверсионные лазерные схемы накачки кристаллов фторидов легированных РЗИ иттриевой подгруппы (Ег3+, Ег3+ + Yb3+, Tm3+, Tm3+ + Yb3+, Ho3+, Ho3+ + Yb3+)
1.5.2 Ап-конверспонные лазерные схемы в кристаллах фторидов
*>1 34- 34"
легированных РЗИ цериевой подгруппы (Nd , Pr , Pr + Yb , Рг3+, Рг3+ + Се3+)
1.6 Заключение

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА АП-КОНВЕРСИОННЫХ СХЕМ ВОЗБУЖДЕНИЯ МНОГОПОЛОСНОЙ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ ВИДИМОГО ДИАПАЗОНА СПЕКТРА В АКТИВНОЙ СРЕДЕ ВаУ2Р8:УЬ3+,Рг3+ ПРИ ДИОДНОЙ НАКАЧКЕ
2.1 Штарковская структура уровней и генерационные каналы ионов Рг3+, УЬ3+ в моноклинной матрице ВаУ2Р
2.2 Разработка эффективных ап-конверсионных схем накачки активной среды ВаУ2Е8:УЬ",'Рг3+ для получения многополосной люминесценции в видимой области длин волн спектра
2.3 Заключение
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ВЫРАЩИВАНИЯ ОРИЕНТИРОВАННЫХ МОНОКЛИННЫХ МОНОКРИСТАЛЛОВ ВаУ2Г8 ЛЕГИРОВАННЫХ РЗИ
3.1 Методы выращивания моноклинных кристаллов типа ВаЯДв (где К = УЬ3+. Ег3+, Но3 ’ , У3+, Тш3+) и основные технологические проблемы .
3.1.1 Определение предельной растворимости исходных компонентов расплаваВаБ2 и УБз в монокристаллах ВаУ2Р3 ... 63 3.1.2Растворимость примеси кислорода в монокристаллах ВаУ2Р
и их аналогах
3.1.3 Переохлаждение расплавов ВаЯ2 - КЕ3 (где И = УЬ3+, Ег3+).
3.2 Методика выращивания моноклинных кристаллов ВаУДя и их аналогов
3.2.1 Описание ростовой установки и теплового блока для выращивания монокристаллов фторидов методом Бриджмена
3.2.2 Конструкция тиглей, применяемых при выращивании монокристаллов ВаУ2Р
3.2.3 Подготовка шихты
3.2.4 Выращивание моноклинных монокристаллов ВаУ2Б8
3.2.5 Влияния ориентации моноклинных кристаллов ВаУ2Р8 на скорость роста и качество полученных образцов
3.3 Исследование вхождения активаторов цериевой и иттриевой подгруппы в матрицу ВаУ2Б8 и получение образцов

3.4 Заключение
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕКТРАЛЬНО-ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ СВОЙСТВ АП-КОНВЕРСИОННОЙ АКТИВНОЙ СРЕДЫ ВаУ2Г8:УЬ3+,Рг3+ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ОДНО- И МНОГОВОЛНОВОЙ ДИОДНОЙ НАКАЧКИ
4.1 Описание экспериментального образца и условий проведения спектрально-люминесцентных исследований
4.2 Поглощение монокристалла Ва¥2Р8:УЬ3+,Рг3'!' в диапазоне длин волн 400-1100 нм
4.3 Описание экспериментальной установки для спектральнолюминесцентных исследований активных сред в диапазоне длин волн 400-1100 нм
4.4 Калибровка экспериментальной установки для спектральнолюминесцентных исследований образцов и измерение параметров источников возбуждения
4.5 Спектрально-люминесцентные свойства активной среды ВаУ2Г8:¥Ь3+, Рг3+ в диапазоне длин волн 400 - 700 нм при использовании одно- и многоволновой накачки лазерными диодами.
4.5.1 Спектры люминесценции монокристаллов ВаУгГ.^УЬ’.РГ' в диапазоне длин волн 400 - 700 нм при одноволновой диодной накачке
4.5.2 Спектры люминесценции монокристаллов ВаУ2р8:¥Ь3+,Рг3+ в диапазоне длин волн спектра 400 - 700 нм при многоволновой диодной накачке
4.6 Перспективы использования монокристаллов Ва¥2Г8:¥Ь3+,Рг + и Ва¥2Г8:УЬ3+,Рг3+;Се3+ в качестве активных сред для лазеров УФ и видимого диапазонов спектра
■ 4.7 Заключение
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

все эти процессы происходят благодаря взаимодействиям между РЗИ, они сильно зависят от соотношений концентрации РЗИ в матрице. Поэтому важнейшей задачей разработки ап-конверсионных лазерных сред является подбор оптимальных концентраций активаторов для получения максимально возможной эффективности генерации, исключающей концентрационное тушение и другие паразитные, конкурирующие процессы, а также решение проблем связанных с неизоморфным вхождением РЗИ в матрицу [26-28].
Преимущество ETU, как ап-конвереиопного лазерного процесса накачки, по сравнению с ESA, состоит в том, что, для большинства случаев, необходим только один пучок накачки. С другой стороны, концентрация РЗИ в матрице должна быть достаточно высокой, а расстояние между внедренными в кристаллическую структуру матрицы ионами-активаторами должно быть как можно меньше для осуществления ион-ионных взаимодействий и передачи энергии.
Авторы обзора [28] оценили относительную эффективность различных ступенчатых ап-конверсионных процессов в твердотельных лазерных матрицах. Величина эффективности нормализованная к возбуждающему пучку и данная в единицах см2/Вт составляет: для процесса APTE 1] = 10"J, для 2х шагового ESA х = 10'5, для кооперативной сенсибилизации т|=10'6, для кооперативной люминесценции р = 10'8 и для двухфотонного поглощения Т| = 10‘13. Надо отметить, что эффективность ап-конверсионных процессов может значительно зависеть от схемы возбуждения для каждой конкретной среды.
1,4,3 Фотонная лавина (РА)
Явление фотонной лавины (РА) было впервые выявлено при создании счетчиков ИК квантов. Монокристаллы LaCl3:Pr3+ или LaBr3:Pr3+ возбуждались пучком, генерируемым непрерывным лазером на красителе, резонансным ES А переходу 3Hs -> 3Pi иона Рг3+. Когда пучок накачки превысил пороговую величину интенсивности, ЭМИССИЯ С 3Pi или 3Р0 уровней