Введение к работе
- з -
Актуальность темы. Применение ионов хрснла (Сг3*) в качестве сенсибилизаторов люминесценция иовов трехвалентных редкоземельных элементов (TR3*) в раде твердотельных лазерных материалов позволило существенно повысить КПД импульсных твердотельных лазеров, работающих при комнатной температуре с ламповой накачкой И]. Среди ионов ТВ.3*, могущих получать энергию от ионов Сг3*, большой интерес представляют ионы Ти'* к Но3*, у которых на переходах 3Н4-*3Н6 и 5L,-»5I8. соответственно, была ранее получена 2-мкм генерация. В связи с тем, что лазеры 2-мкм диапазона в настоящее время находят все новые и ноше области применения — например, в медицине, технологии, связи — возникает задача улучшения характеристик подобных лазеров, в том числе за счет эффективной сенсибилизации люминесценции ионов Тт34 и Но3* ионами Сг .
Одним из необходимых условий решения поставленной задачи является возможность количественного описания процессов трансформации энергии электронного возбуждения в многокомпонентных системах, т.е. возможность построения адекватных физических моделей активных сред лазеров 2-мкм диапазона на ионах Тт3* и Но3*. Подобные физические модели, описывающие процессы заселения и релаксации лазерных уровней рабочих частиц активных элементов (АЭ) лазеров, необходимы для целенаправленного поиска оптимального состава АЭ я режимов работы лазеров.
Целью настоящей работы являлось: реализация генерации на ионах Тт3* и Но3* в кристаллах скандиевых гранатов: ИСГГ-Сг-Tm (иттрий-скандий-галлиевый гранат) на переходе
- 4 -3Н4-»3Н6 иона їт и ИСГГ-Сг-Тго-Но, ГСАГ-Сг-Tm-Ho (гадолиний--скандий-алюминиевый гранат) на переходе 517-»518 иона Но; выяснение степени влияния различных физических факторов на эффективность генерации с целью оптимизации выходных параметров . лазеров; .изучение механизмов энергодвикения в активных средах лазеров на кристаллах ИСГТ-Сг-Tm и ИСГГ-Сг-Тт-Но для построения модели, адекватно описывающей процессы передачи энергии CrVftn и Сг-»Тт-»Но при генерации; рассмотрение возможности создания комбинированного лазера, работающего на двух длинах волн - 1.Обмкм и 2,088мкм -с двумя АЭ на кристаллах ИСГГ-Сг-Ш и ИСГГ-Сг-Tm-Ho в одном резонаторе.
Научная новизна работы состоит в: реализации генерации на переходе 3H4-3Hfc иона Тт3+ в кристалле ИСГГ-Cr-Tm и на переходе 5^7-»518 иона Но3+ в кристаллах ИСГГ-Сг-Тт-Но,
ГСАГ-Сг-Tm-Ho; экспериментальном обнаружении процессов,
влияющих на передачу энергии возбуждения между ионами Сг-Тт-Но в кристалле ИСГГ-Cr-Tm-Ho и заселение рабочего уровня 517 иона Но3*, проявляющихся в запаздывании достижения максимальной населенности уровня 517 иона Но3+ в режиме модулированной добротности по отношению ко времени окончания импульса накачки и в специфике формы импульса свободной генерации в
многомодовом режиме; создании адекватных моделей активных
сред на кристаллах ИСГГ-Сг-Tm и ИСП-Сг-Тт-Но, позволяющих количественно описывать процессы энергодвижения в них как в режиме свободной генерации, так . и в режиме модулированной добротности» а также учитывать влияние концентрации активаторов н температуры на эффективность генерации; экспериментальной демонстрации влияния на параметры генерации
в лазерах на кристаллах скандиевых гранатов 2'Ф-кзлученяя источника накачки, концентрации активаторов, температуры, режима работы ксеноновой лампы накачки и частота возбуждающих импульсов света; создании двухволнового лазера с двумя АЭ (кристаллы ИСГГ-Сг-Ш и ИСГГ-Сг-тт-Но) в одном резоваторе. дающего синхронное соосное излучение на длинах юлн Ь=1 .Обмкм и \=2,088мкм.
Решена следующая научная задача: на основе кристаллов редкоземельных скандиевых гранатов с хромом создан ряд эффективных лазеров двухмикронного диапазона, работающих при комнатной температуре, и разработаны методики,' позволяющие оптимизировать состав активных сред и режимы работы созданных лазеров.
Практическая ценность работы заключается в создании ряда эффективных лазеров двухмикронного диапазона, работающих при комнатной температуре.
Созданные в данной работе 2мкм лазеры применяются в настоящее время в целом ряде отечественных и зарубеишх медицинских центров.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Физические модели активных лазерных сред на основе кристаллов ИСГГ-Сг-Tm и ИСГГ-Сг-Тго-Но, позволяющие оптимизировать состав и режимы работы 2-мкм лазеров, работающих на переходах 3Н4-3Н6 ионов Тт и 51Т-»5[8 ионов Но.
-
Создание лазера на кристалле 1!СГГ-Сг-Тт, работающего в режиме свободной генерации на переходе Н4-3Н& иона 'йп (V=2,018mkm);
3. Создание лазеров па кристаллах ИСГГ-Сг-ТяьНо,
работанедах на переходе 517-518 иона Но (*=г,088мкм) в режимах свободной генерации и модулированной добротности с помощью электро-оптнческого затвора (ЭОЗ), оптико-механического затвора (СЮ) н акусто-оптического затвора (АОЗ);
-
Получение генерации на переходе 517-»51а иона Но (Х=2.095мкм) в кристалле ГСАГ-Сг-Тга-Но;
-
Создание двухволнового (Х,,=1 .Обмкм, л.г=2,088мкм) лазера на кристаллах ИСГГ-Сг-Ш и ИСГГ-Сг-Тго-Но с двумя активными элементами в одном резонаторе;
6. Экспериментальное обнаружение динамического эффекта
сглаживания термооптических неоднородностей (СТОН-зффект) при
работе лазера на кристалле ИСГГ-Cr-Tm-Ho в частотном режиме;
7. Выявление влияния УФ-облучения на генерационные
характеристики 2-мкм лазеров на кристаллах ИСГГ-Сг-Tm-Ho и
ГСАГ-Сг-ТпьНо.
Апробация работы: Материалы диссертации докладывались на Ї Всесоюзной конференции "Оптика лазеров" (Ленинград, 1987); YI Всесоюзной конференции "Оптика лазеров" (Ленинград, 1990); отдельные результати диссертационной работы обсуадались на научных семинарах лабораторий "Колебаний" и "Лазерные кристаллы" ИОФАН СССР.
диссертация состоит из введения, шести глав и заключения и содержит 170 страниц машинописного текста, в том числе 61 рисунок и 4 таблицы; библиография - 110 наименований. Результаты диссертационной работы изложены в 16 работах.
