Способ получения активной среды лазера

 

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано для создания активных элементов и пассивных затворов в лазерах . Целью изобретения является повышение КПД лазера при одновременном расширении спектрального диапазона генерации .Для достижения поставленной Дели производят оптическую обработку кристалла,затем помещают данный кристалл в кадмиевый контейнер и вводят контейнер в активную зону ядррного реактора. После этого проводят термообработку кристалла в диапазоне температур от 600 до 700 К в течение времени Не более полутора часов. Затем кристалл облучают J-излучением определенной дозы и проводят повторную термообработку. Это позволяет увеличить КПД лазера до 17%, по.пучить генерацию в видимой области спектра. СО о 30 со

(51)5 Н 01 S 3 16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ

Н A ВТОРСИОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (46) 07.04.92. Бюл. h" 13 (21) 3875361/25 (22) 01.03.85 (71) Институт физики AH БССР (72) О.Н. Билан, A.Ï, Войтович, В.Э. Гринкевич, В.А. Кононов, С.А. Михнов, В.И. Усков и. Н.Г. Черенда (53) 621.375.8(088.8) (56) Lee 3 ° H. Electron centers in

single cristal Al, О . Phys. Rev. 1977, 15, У 8, р. 4065.

Авторское свидетельство СССР

В 1227078, кл. Н 01 S 3/ 16, 1982. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВНОЙ СРЕДИ

ЛАЗЕРА (57) Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано для создания активных элементов и пассивных затворов в лазерах. Цедью изобретения является повышение КПД лазера при одновременном расширении спектрального диапазона генерации. Для достижения поставленной йели производят оптическую обработку кристалла, затем помещают данный кристалл в кадмиевый контейнер и вводят контейнер в активную зону ядерного реактора. После этого проводят термообработку кристалла в диапазоне температур от 600 до 700 К в течение времени ие более полутора часов. Затем кристалл облучают -излучением определенной дозы и проводят повторную термообработку. Это позволяет увеличить Ktljt лазера Ло 17еуе, получить генеранню а нилнмоа области спектра.

Изобретение Относится к Области квантовой электроники и может быть испОльзовано для сОздания активных элементов, используемых в лазерах с перестраинаемым по частоте излучением, и пассивных эатворон моноимпульсных Мазеров, Целью изобретения является повы5пение КПД лазера при одновременном расширении спектрального диапазона генерации.

Генерация расширяется н область видимого и ближнего инфракрасного излучения.

В результате ударного механизма взаимодействия быстрые нейтроны выэЬ5вают образование н кристалле большого количества дефектов типа смещений. При интегральных потоках и быстрых нейтронов менее 10 н см 20 концентрация дефектов недостаточна для придания кристаллу н дальнейшем необходимых для получения, генерации свойств. При потоках свыше

20 25

10 н.см начинают ухудшаться меха1 нические свойства кристалла. Кроме того, облучение такими потоками повы- . шает стоимость и"готовле55ия среды.

Однако только облучение нейтро30 нами н указанном интервале потоков не позволяет создать в кристалле центры окраски, пригодные для создания. активной среды. Дефекты типа смещений разнообразны. Они включают катионные и анионные вакансии, междуузельные атомьг и ионы. Кроме того, при захвате анионными вакансиями электронон образуются одновакантные центры окраски. Однако эти центры окраски обуславливают поглощение в ультрафиолетовой области. спектра.

Для созда55ия двухвакантных центров окраски, оптические переходы н которых обеспечивают придание необходимых сВОЙстн среде, неОбхОдима термОобработка в течение 1- 1 5 ч при температуре 600-700 К. При температуре выше 600 К анионные вакансии становятся пОдвижными и, диффундируя пО кристаллу, присоединяются к одновакантным центрам окраски, образуя двухнакантные. Повышение температуры отжига сньш5е 700 К приводят к частичному разрушению центров окраски. Эта термообработка Обеспечивает многократное увеличение концентрации центров окраски, имеющих максимумы полос поглощения около 450, 570, 670, 850 нм. Воэможе55 Отжиг и при более коротких временах, однако, учитывая высокую инерционность тепловых источникон при термообрабстке н целесообразность получения воспроизводимых результатов, выбирается временной интервал 1-1,5 ч.

Поглощение и испускание света центрами окраски, ответственными эа возникновение полос поглощения с максимумами 670 н 850 нм, определяет воэможность перестройки длины волны генерируемого излучения. Длч увеличения концентрации этих центров окраски .кристалл облучают -квантами дозой 26-260 Кл.кг и повторно проводят термООбработКу ПРи темпеРатуре

720-770 К в течение 1-1,5 ч. Проведение такой процедуры позволяет увеличить почти вдвое концентрацию центров, поглощающих в области 850 нм, и на IO-70% — центров, поглощающих в области 670 нм. После облучения нейтронами в кристалле возникает ограниченное количество одновакантных центров, содержащих в своем составе

2,3 и более электронов. Поэтому при первой термообработке после присоединения вакансий образуется сравнительно небольшое количество центров, поглощающих в области 670 нм, и еще

1 меньшее центров, поглощающих в области 850 нм. При -облучении этих кристаллов происходит перераспределение электронов уже между днухнакантными центрами, и концентрация центров с большим числом электронов возрастает, Для проведения этого процесса достаточна доза облучения

26 — 269 Кл кг . При дозах менее

26 Кл кг не успевает установиться динамическое равновесие по электронным состояниям, обеспечивающее увеличение концентрации центров. Дозы более 260 Кл кг не имеют нрактической целесообразности, Однако при

g-облучении, как и вначале при нейтронном, возникает и неактивное поглощение другими дефектами. Для их устранения проводится повторная термообработка при температурах 720,770 К н течение 1-1,5 ч. При этом . пет необходимости увеличивать температуру отжига свыше 770 К, а при температурах менее 720 К ответственные за Остаточное поглощение дефекты пе успенают отжигаться за указанный период времени.

1308! 1!

Тираж

BlMHIIH Заказ 2307

Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

П р н м е р !. Берут кристалл сапфира толщиной 10 мм, производят

его оптическую обработку. После это. го обработанный кристалл помещают в металлический кадмиеный контейнер (толщина стенки не менее 1 мм). Кадмий обрезает тепловую часть нейтронного спектра, что позволяет существенно снизить уровень наведенной активности кристалла из-за уменьшения !О его активации тепловыми нейтронами.

Контейнер с кристаллом помещают в активную зону ядерного реактора и проводят облучение кристалла быстрыми нейтронами с интегральным потоком

10 н см . После облучения контей+ 9 нер с кристаллом извлекают из активной эоны Реактора и помещают в хранилище радиоактивных веществ, в котором его выдерживают в течение око- 20 ло 2 месяцев для спада наведенной радиоактивности. По прошествии этого времени кристалл извлекают иэ контейнера и дозиметрическими приборами определяют уровень остаточной радиоактивности, который не должен превышать определенных норм. Далее . проводят дезактивацию поверхности облученного кристалла, заключающуюся в ее обработке этиловым спиртом З0 и дистиллированной водой, для удаления поверхностных радиоактивных загрязнений..

После термообработки в течение одного часа при температуре 650 К 35 в спектре появляются полосы поглощения с максимумами при 570, 670 и

850 нм. После It -облучения дозой

26 Кл кг и термообработки в течение одного часа при 720 К концент- !О рация центров, ответственных эа поглощение в полосах с максимумами 670 и 850 нм, заметно возрастает.

П р и м е. р 2. Активный элемент из кристалла сапфира толщиной 1 см, облученный потоком быстрых нейтронов

10 н см и выдержанный 2 месяца в

Id хранилище, возбуждался излучением лазера на красителе с плотностью мощности 100 ИВт см на длине волны з0

450 нм. В резонаторе с зеркалами, . имеющими коэффициент отражения 0,99, излучение накачки не обеспечивало достижение порога генерации. После термообработки при температуре 700 К в течение l П ч порог и гiff pën í блц1 превьниен в трн раза.

Пример 3. Активный элемент из кристалла сапфира толщиной l см, облученный потоком быстрых нейтронов 9 l0 и см, выдержанный 2 месяца в хранилище, в резонаторе с входным зеркалом, имеющим коэффициент отражения 0,65, квазипродольно возбуждался иэлучением моноимпул сного лазера на рубине с плотностью мощности

?О ИВт.см . Получить генерацию не удалось.

После термообработки при температуре 700 К получена генерация излучения в области спектра около 818 нм с КПД около 10Х. После P -облучения дозой 50 Кл/кг и термообработки при температуре 720 К достигнут КПД лазера 31 .

H p и м е р 4. Активный элемент иэ кристалла сапфира толщиной 1 см, облученный потоком быстрых нейтронов

lg

l0 н/см, вьдержанный 2 месяца в хранилище в резонаторе с выходным зеркалом, имеющим коэффициент отражения 0,85, кваэипродольно возбуждался излучением лазера на красителе с плотностью мощности 120 ИВт см на длине волны 840 нм. Генерация излучения получена не была.

После термообработки при температуре 720 К достигнут КПД лазера 7Х.

После -облучения дозой 26 Кл/кг и термообработки при температуре 750 К

КПД лазера увел .-чилсн до 17Х.

Данные кристаллы могут быть использованы и для пассивных затворов моноимпульсных лазеров. формула изобретения

Способ получения активной среды лазера, включающий облучение кристалла сапфира потоком нейтронов, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения КПД лазера при одновременном расширении спектрального диапазона генерации, после облучения кристаллов сапфира проводят термообработку при температуре 600-700 K в течение 1-1,5 ч, облучают It -излучением экспозиционной дозой 26

260 Кл.кг и проводят повторную термообработку при температуре 720

770 К в течение 1-1,5 ч.