Активная лазерная среда на основе монокристалла фторида лития с f2-центрами окраски и способ ее получения

 

Изобретение относится к области квантовой электроники, к лазерам на центрах окраски. Цель изобретения - снижение порога накачки и повышение оптической устойчивости центров окраски. Активная лазерная среда представляет собой монокристалл фторида лития, содержащий F₂ - центры. Концентрация F₂ - центров в среде в единицах коэффициента оптического поглощения равна 100-700 см^-1. Для получения лазерной среды кристаллы фторида лития облучают импульсами электронов. Энергию электронов устанавливают от 0,08 до 0,7 Мэв, поглощенная доза при этом соответствует от 0,7·10⁷. Предложенная среда обладает высокой концентрацией 5,0·10⁷ - центров и низкими потерями, что повышает ресурс работы лазерного элемента и дает возможность создать миниатюрные элементы. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области квантовой электроники, а более конкретно - к лазерам на центрах окраски в кристаллах, и может быть использовано при создании плавно перестраиваемых по частоте квантовых усилителей и генераторов, работающих при комнатной температуре в области 0,65-0,75 мкм. Цель изобретения - снижение порога накачки и повышение оптической устойчивости центров окраски. Активная лазерная среда на основе монокристалла LiF c F₂ - центрами содержит концентрацию рабочих центров, определяемую коэффициентом их оптического поглощения в интервале от 100 до 700 см^-1, а в способе получения лазерной среды, включающем облучение монокристаллов LiF, выдержку кристаллов после облучения для завершения переходных процессов и контрольное измерение коэффициента оптического поглощения F₂-центров после выдержки, энергию электронов устанавливают в диапазоне от 0,08 до 0,7 МэВ, а облучение продолжают до накопления поглощенной дозы (0,7-5,0) х 10⁷ Гр. Значения коэффициента поглощения 100-700 см^-1 соответствуют предельно высоким концентрациям F₂-центров в кристалле LiF. Предел обусловлен тем, что в этой области уже начинается процесс концентрационного тушения. Положительный эффект достигается благодаря реализации в предложенном способе предельно высоких концентраций F₂-центров, прилегающих к области концентрационного тушения. На фиг. 1 представлена зависимость выхода люминесценции ηF₂-центров от коэффициента их оптического поглощения К; на фиг.2 изображена зависимость коэффициента поглощения К от длины волны λ. П р и м е р ы. 1. Активная лазерная среда представляет собой монокристалл фторида лития, содержащий F₂-центры; F₂-центры включают в свой состав две анионные вакансии с двумя локализованными на них электронами. Концентрация F₂-центров в среде в единицах коэффициента оптического поглощения в максимуме F₂ полосы поглощения (441 нм) равна 100 см^-1. Это соответствует абсолютной концентрации 1,5 х 10¹⁸ см^-3, что следует из формулы, связывающей коэффициент оптического поглощения К и концентрацию N = 1,5 х 10¹⁶ К. Так как численный коэффициент, в этой формуле определенный с низкой точностью нахождения концентрации, вносит дополнительную погрешность, поэтому лучше задавать концентрацию величиной коэффициента поглощения К, легко измеряемой в эксперименте с помощью оптического спектрометра. 2. Другая лазерная среда изготовлена на основе монокристалла фторида лития, содержащего F₂-центры в концентрации 420 см^-1. Как следует из кривой на фиг. 1, при такой концентрации начинает развиваться концентрационное тушение. 3. Еще одна лазерная среда изготовлена на основе монокристалла фторида лития, содержащего F₂-центры в концентрации 700 см^-1. Эта концентрация соответствует области развитого тушения. 4. В способе для получения лазерной среды кристаллы фтористого лития облучают сильноточными импульсами электронов с длительностью 10 нс. Энергию электронов устанавливают 0,25 МэВ, при этом глубина их проникновения - 90 мкм. За один импульс вводится в кристалл через поверхность сечением 1 см² 3,1 х 10¹⁴ электронов. Это соответствует дозе облучения 6,0 х 10⁵ Гр. Облучение проводят при комнатной температуре. Между импульсами облучения выдерживают интервал 50-60 с, чтобы предотвратить нагрев кристаллов. Общее число импульсов варьируют, чтобы дать различные дозы облучения. Использованные дозы облучения и соответствующие им коэффициенты поглощения F₂-центров показаны в примерах при описании лазерных элементов, изготовленных из полученных лазерных сред. Спектры поглощения трех полученных лазерных сред показаны на фиг. 2 кривыми 1-3. Они были измерены с помощью спектрофотометра. 5. В том же варианте способа для получения лазерной среды кристаллы фтористого лития облучают сильноточными импульсами электронов с длительными импульсами электронов с длительностью 10 нс. Энергию электронов устанавливают 0,08 МэВ, при этом глубина их проникновения в кристалл равна 30 мкм. За один импульс в кристалл сечением 1 х 1 см²вводят 3,1 х 10¹⁴ электронов. Это соответствует поглощенной дозе 5,8 х 10⁵ Гр. Облучение проводят при комнатной температуре. Чтобы избежать радиационного нагрева, кристаллы облучают одиночными импульсами с интервалом между ними 50-60 с. Общее число импульсов равно 13. При этом поглощенная доза равна 0,7 х 10⁷ Гр. 6. Лазерную среду можно получить таким способом. Образцы облучают потоком протонов с энергией 3 МэВ на протонном ускорителе. При этом глубина проникновения 90 мкм. Температура кристалла при облучении 300 К. Средняя плотность потока протонов 6,8 х 10¹¹част/см² с. Дозы для разных образцов устанавливают различными - в интервале (0,2-20) х 10⁷ Гр. Для этого время облучения меняют от 2 до 200 мин. После облучения кристаллы выдерживают в течение суток. При этом завершается разрушение в кристаллах F₂⁺ и образование F₂-центров. После выдержки с помощью оптического спектрометра измеряют спектры оптического поглощения образцов в спектральной области 400-800 нм. В этих спектрах содержится полоса поглощения F₂-центров с максимумом 441 нм. На этой длине волны измеряют коэффициент поглощения К. После этого строят зависимость К от дозы облучения. По этой зависимости определяют интервал доз от Р₁ до Р₂, границы которого соответствуют коэффициентам поглощения 100 и 700 см^-1. Оставшуюся часть були монокристалла облучают дозой, соответствующей интервалу от Р₁ до Р₂. Необходимо отметить, что этот интервал доз зависит от примесного состава монокристалла и наличия в нем неконтролируемых примесей. 7. Лазерные элементы (6 штук) выполнены в форме параллелепипедов из окрашенных кристаллов, полученных описанными выше способами. Их размер 10 х 5 х 3 мм³. Исследуемый элемент выполнен на основе единого монокристалла, содержащего окрашенный слой толщиной от 30 до 660 мкм, и неокрашенную часть. Окрашенный слой, содержащий F₂-центры, прилегал к грани лазерного элемента размером 5 х 10 мм². Оптическую плотность слоя измеряли с помощью спектрофотометра. По измеренному значению оптической плотности находили коэффициент поглощения F₂-центров К. При коэффициентах К = 100-700 см^-1 порог накачки находится в интервале 4-15 кВт/см². Предлагаемое решение по сравнению с известными дает следующие преимущества: - предельно высокие концентрации рабочих F₂-центров (100-700 см^-1) и низкие потери; - снижение порога генерации по плотности мощности накачки до 4-15 кВт/см²; - повышение ресурса работы лазерного элемента; - возможность создания миниатюрных лазерных элементов.

Формула изобретения

АКТИВНАЯ ЛАЗЕРНАЯ СРЕДА НА ОСНОВЕ МОНОКРИСТАЛЛА ФТОРИДА ЛИТИЯ С F*002-ЦЕНТРАМИ ОКРАСКИ И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ. 1. Активная лазерная среда на основе монокристалла фторида лития с F₂-центрами окраски, отличающаяся тем, что, с целью снижения порога накачки и повышения оптической устойчивости центров окраски, концентрация F₂-центров соответствует коэффициенту их оптического поглощения в интервале 100 - 700 см^-1. 2. Способ получения активной лазерной среды на основе монокристалла фторида лития с F₂-центрами , включающий облучение монокристалла ускоренными электродами, отличающийся тем, что, с целью снижения порога накачки и повышения оптической устойчивости центров окраски, облучение производят до поглощенной дозы (0,7 - 5,0) · 10⁷ Гр электронами с энергией от 0,08 до 0,7 МэВ.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2