Введение к работе
Актуальность проблемы. Среди кристаллических лазерных матриц особое внимание уделяется фторидам, имеющим по сравнению с оксидными кристаллами более широкий оптический диапазон прозрачности, увеличенный как в длинноволновую, так и коротковолновую области спектра, высокую технологичность при их выращивании и обработке, низкий коэффициент температурного расширения, определяющий малую величину термооптических искажений, низкий коэффициент нелинейности, и т.д. Наиболее широко используемыми фторидиыми кристаллами в серийных лазерах являются кристаллы с упорядоченной структурой, такие как LiYF4:Nd3+, LaF3:Nd3+. В основном на этих кристаллах получают генерацию в области 1 мкм, однако известны работы, в которых осуществлена генерация в УФ [1-3] и даже вакуумной УФ [4-5] областях, причем поиск новых фторидных кристаллов, активированных Nd3+, способных генерировать в вакуумной УФ области, продолжается [6-8].
Несмотря на большое число исследованных лазерных матриц, параметры, по которым они могли бы сравниваться между собой наиболее корректно, до последнего времени не были определены. По нашему мнению, основным параметром, объективно определяющим свойство активной среды, является не порог генерации, значение которого зависит от конкретных условий эксперимента, а эффективное сечение лазерного перехода. Однако сведения об эффективном сечении в известных нам публикациях зачастую отсутствуют.
При поиске новых лазерных кристаллов для определения их лазерных параметров обычно выращивают кристаллы больших размеров, достаточных для помещения в стандартный квантрон, и измеряют порог генерации, КПД, коэффициент неактивных потерь и др.. При такой методике требуются большие затраты ростовых, исследовательских, и материальных ресурсов, мало окупаемых, особенно если материал оказывается не перспективным.
Учитывая сказанное, разработка новых методов поиска лазерных кристаллов и определение лазерных параметров на первом, этапе исследований, по образцам малых размеров является актуальной задачей, так как до сих пор сохраняется потребность в кристаллах, как с новыми длинами волн генерации, так и с высокими эксплуатационными характеристиками.
Цель работы. Целью настоящей диссертации является разработка методики поиска лазерных кристаллов по образцам малых размеров и невысокого оптического качества, используя данные генерационных экспериментов при лазерной накачке их в малые области (( 100 мкм).
Достижение поставленной цели потребовало предварительного решения технических задач, а именно:
создания автоматизированного лазерного стенда;
разработки методик проведения экспериментов на стенде.
Образцы некоторых новых кристаллов, исследованных в настоящей работе, были любезно предоставлены Хайдуковым Н.М. (Институт общей и неорганической химии г, Москва).
Для решения указанных выше задач необходимо было создать специальные оптико-механические узлы, электронные платы, а так же разработать алгоритмы программ, управляющих экспериментом. Научная новизна результатов
-
Разработана методика для оценки перспективности применения новых кристаллов в качестве активных сред для лазеров по образцам малых размеров, получающихся на этапе начальных экспериментов по их выращиванию.
-
Создан автоматизированный лазерный стенд для исследования спектроскопических и лазерных свойств в различных участках поперечного сечения активного элемента. Использование фотодатчиков с пиковыми детекторами позволило регистрировать энергию излучения одновременно в различных точках оптической схемы после воздействия лишь одного лазерного импульса. Для изменения энергии накачки применен оптический аттенюатор оригинальной конструкции, который позволял монотонно менять энергию (мощность) накачки в автоматическом режиме. Аттенюатор не изменял геометрии луча, а так же распределения энергии в пятне накачки.
3. Впервые получены спектры люминесценции переходов 4F3/r Ij иона Nd3+ в
кристаллах KYF4, K2YF5 и CSY2F7, построены схемы штарковских уровней 4F3ra
и її їй и дано соотнесение отдельных линий спектра конкретным переходам при
комнатной температуре. Измерены концентрационные зависимости времен ре
лаксации терма 4у2 и определены оптимальные концентрации активатора в ла
зерных элементах.
4. Впервые исследованы лазерные свойства перехода 4F3/2 -41ц/2 иона Nd3+ в
кристаллах: KYF4, CsY2F7 и K2YF5, при импульсном ламповом и непрерывном
возбуждении генерации.
5. Впервые осуществлена перестройка длины волны генерации лазера, на
кристалле KY3Fio'.Nd3+ в области 1053.6 - 1059.1 нм, с применением внутрире-
зонаторного дисперсионного элемента и непрерывной накачки активной среды
лазерными диодами.
Научно-практическое значение работы заключается в реализованной методике исследования генерационных свойств новых активных сред при лазерном возбуждении, позволяющей определять генерационные характеристики кристаллов на образцах малых размеров.
'Выявленные с помощью данной методики три новых кристаллических фторидных активных среды, по их основным лазерным параметрам (сечение перехода, порог генерации), сравнимы с популярным в квантовой электронике фторидным кристаллом - LiYF4:Nd3+, а по ширине полосы люминесценции новые кристаллы втрое превосходят его соответствующий параметр. Это позволяет создавать на основе новых кристаллов лазеры с широким диапазоном перестройки длины волны излучения.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на семинарах кафедры и лаборатории Радиоспектроскопии и Квантовой Электроники КГУ, на VI Всесоюзной конференции "Оптика лазеров" (Ленинград, 1990 г.), IX Всесоюзном симпозиуме по химии неорганических фторидов (Череповец, 1990г.), 4ой национальной конференции с международными участниками "Lasers and their application" (Пловдив Болгария 1990 г.), XIV международной конференции "Chogerent and nonlinear optics '91" (Ленинград, 1991 г.), конференции OSA "Advanced Solid-State Lasers '92" (Santa Fe, New Мехіко, USA, 1992 г.), 18ой Международной конф. по квантовой электронике (Вена, Австрия 1992 г.), 4ой международной конференции "Laser Applications in Life Sciences" (Jyvaskyla, Финляндия, 1992), конференции OSA "Advanced Solid-State Lasers '97" (Вашингтон, USA, 1997 г.). конференции "CLEO'98" (S.Francisco USA 1998).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, из них 6 в реферируемых изданиях, и 8 тезисоо докладов.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Содержит 148 страниц машинописного текста, включающего 50 рисунков, 15 таблиц и список цитируемой литературы из 82 наименований.
