Перенос энергии электронного возбуждения от ионов хрома к ионам неодима, тулия и гольмия в кристаллах скандиевых гранатов Сорокина, И.Т.

Введение к работе

1.1 Актуальность работы . ,

В последние годы был достигнут заметный прогресс в области создания кристаллических лазерных систем как с ламповой, так и с диодной накачкой. Наряду с традиционными неодимовыми лазерами, область применения которых ограничена ближней ИК областью, широкое применение в науке, технике и медицине стали находить Тт³⁺-, Но³⁺- и Ег³⁺-лазеры среднего ИК-диапазона. При этом большой вклад в создание твердотельных лазерных систем повышенной эффективности, работающих в новых спектральных областях, внесли фундаментальные исследования физических процессов, происходящих между активными ионами, принадлежащими как к группе переходных металлов, так и к группе редкоземельных элементов (TR³⁺), а также процессов взаимодействия этихиопов между собой.

Одной из важных задач квантовой электроники является целенаправленный поиск новых лазерных кристаллов, обладающих улучшенными спектрально-люминесцентными свойствами, а также новыми возможностями в качестве активных сред. В рамках этого поиска решающее значение имеет фундаментальное исследование процессов переноса энергии электронного возбуждения в многократно активированных кристаллах.

Во многих научных центрах как у нас, так н за рубежом, не угасает интерес к кристаллам скандиевых гранатов, в которых ио-

ны Сг³⁺ находятся в относительно слабом кристаллическом поле, что и определяет их хорошие донорные способности по отношению к ионам редкоземельных элементов. Способность скандиевых гранатов изоморфно замещать ионы основы как ионами группы переходных металлов, так и ионами редкоземельных элементов определила создание в последнее время лазеров на основе принципиально новых спектроскопических схем заселения верхнего лазерного уровня, включающих многостадийный перенос электронного возбуждения и взаимодействие различных типов ионов между собой. В связи с этим большое значение приобретает проблема определения механизмов постадийного переноса энергии в разных системах ионов, а также определения эффективности процессов переноса в кристаллах различных составов.

Таким образом, актуальность работы определяется, с одной стороны, необходимостью оптимизации различных параметров активных сред, а также режимов накачки и работы лазеров на их основе, и, с другой стороны, неисчезающим интересом к фундаментальным проблемам физики переноса энергии электронного возбуждения в неоднократно активированных лазерных кристаллах.

Целью настоящей работы являлось: выявление механизмов межионных взаимодействий в системах типа Cr³⁺ - TR³⁺ , TR³⁺ -TR³⁺ а также Cr³⁺-TR³⁺-TR³⁺, установление общих закономерностей и отличий этих взаимодействий в различных скандиевых гранатах с ионами Cr³⁺, Nd³⁺, Ег³⁺, Тт³⁺ и Но³⁺; построение спек-

троскопической модели заселения верхнего лазерного уровня в ряде

новых активных сред на основе скандиевых гранатов; определение

''1.1 зависимости процессов взаимодействия активных ионов от режима

работы лазера; оценка возможности использования исследованных

кристаллов в качестве активных сред лазеров различных типов.

Научная новизна работы состоит в исследовании нового класса кристаллов-кристаллов твердых растворов алюмо-галлиевых гранатов, а также кристаллов гадолиний-скандий-алюминиевого (ГСАГ) и иттрий-скандий-алюминиевого (ИСАГ) гранатов, активированных ионами Сг³⁺ и Nd³⁺ а также Но³⁺ и Тт³⁺, в которых имеет место эффективная передача энергии на верхние лазерные уровни этих ионов; установлении механизмов взаимодействия ионов Сг³⁺ с ионами TR³⁺, а также ионов TR^3f между собой и выявлении особенностей этих взаимодействий, определении микроскопических констант постадийного переноса ээнергии в каждой нз систем; установлении влияния различных режимов работы лазера па динамику заселения верхнего лазерного уровня Но³⁺; обнаружении возможности использования нового класса кристаллов твердых растворов алюмо-галлиевых гранатов для генерации ультракоротких импульсов и создании лазера, генерирующего рекордно короткие (для кристаллических активных сред с ионами TR³⁺) световые импульсы.

Практическая ценность работы заключается в установлении перспективности исследованных кристаллов скандиевых гранатов как активных лазерных сред, что подтверждено созданием ряда эффективных лазерных систем па их основе как с ламповой, так п с

селективной накачкой.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Механизмы переноса энергии от инов Сг³⁺ к ионам Nd³⁺, Tm³⁺

в кристаллах ГСАГ, ИСАГ и твердых растворов алюмо-галлиевы: гранатов.

1. В кристалле ГСАГ снятие запрета с перехода ⁴Лг—*⁴Тг ионов Сг³⁺ при Т > ПК обусловлено преимущественно динамическим механизмом. Определена энергия нечетного колебания, снимающего запрет на этот переход.

2. Механизмы энергодвижения в кристалле ГСАГ:Сг,Но,Тт; результаты измерений констант постадийного переноса энергии от ионов хрома на верхний лазерный уровень ионов Но³⁺ в кристаллах ГСАГ, ИСАГ.

3. Установление областей времен и концентраций, в которых в кинетике заселения верхнего лазерного уровня ⁵1г ионов Но³⁺ проявляется дисперсия вероятностей переноса энергии Тт—>Но. Определение микроскопических констант прямого и обратного переноса энергии между состояниями ⁵Ij ffo³⁺ и ³Я,іТт³⁺ . Оценка соотношений микропараметров взаимодействий Тт³⁺ — Тт³⁺ и Тт³⁺ -* Но³+ в кристалле ИСГГ.

5. Распределение возбуждений по состояниям ⁵/₇ Но³⁺ и ³Щ Тт³⁺

при наличии дисперсии вероятностей переноса зависит от усло
вий возбуждения. 4.1,,

6. Спектральные зависимости эффективного сечения коэффициента усиления па переходе ⁶Ij—y⁵Ig Но³⁺ и ³Щ-*³Щ Тт³⁺ в кристаллах ИСАГ, ИСГГ, ГСАГ.

7. Получение на длине волны 1.0G мкм рекордно коротких для кристаллических акивных сред с РЗ ионами световых импульсов, как демонстрация больших возможностей кристаллов твердых растворов алюмо-галлиевых гранатов, выявленных в ходе спектрально-люминесцентных исследований.

Апробация работы

Материалы диссертации докладывались на VI Всесоюзной конференции "Оптика лазеров" (Ленинград, 1990), VIII Всесоюзном совещании-семинаре "Спектроскопия лазерных материалов" (Краснодар, 1991), Международной конференции "Advanced Solid-State Lasers" (Santa Fe, USA, 1992), Международной конференции IQEC (Vienna, Austria,1992).

Публикации

Основные результаты диссертации опубликованы в 11 печатных работах, список которых приведен в конце автореферата.

Объем и структура диссертации

Похожие диссертации на Перенос энергии электронного возбуждения от ионов хрома к ионам неодима, тулия и гольмия в кристаллах скандиевых гранатов

Особенности переноса энергии электронного возбуждения между ионами хрома и редкоземельных элементов в кристаллах гранатовПривис, Юрий Семенович

Динамика и параметры генерации твердотельных лазеров на ионах хрома и неодимаИванов, Евгений Васильевич

Исследование процессов передачи энергии и лазерной генерации в кристаллах гадолиний-галлиевого граната, активированных ионами иттербия и гольмияБеловолов Андрей Михайлович

Процессы переноса энергии возбуждения в активированных стеклообразных полупроводникахМаньшина Алина Анвяровна

Теория безызлучательного переноса энергии электронного возбуждения с пространственным и спектральным разупорядочением примесных центровБодунов, Евгений Николаевич

Динамика фотохромных превращений неупорядоченных люминесцирующих ансамблей в условиях безызлучательного переноса энергии электронного возбужденияАсенчик, Олег Даниилович

Нелинейные характеристики люминесценции ансамблей сложных органических молекул, обусловленные безызлучательным переносом энергии электронного возбужденияСахарук, Сергей Адамович

Перенос энергии электронного возбуждения между люминесцентными зондами в определении структурной перестройки белковМельников, Андрей Геннадьевич

Процессы переноса энергии при резонансном возбуждении атомов Na(3/2 P)Швегжда, Жанета Людвиковна

Спектроскопические свойства возбужденных состояний ионов хрома, кобальта, никеля в кристаллах силикатов и шпинелейЩербицкий, Виктор Георгиевич