Лазерный материал для вынужденного комбинационного рассеяния света

 

Изобретение используется в квантовой электронике, в частности в лазерах на вынужденном комбинационном рассеянии (ВКР). Сущность изобретения: материал для ВКР-преобразования частоты лазерного излучения на основе монокристалла вольфрамата бария-стронция с составом (Ba_1-хSr_x)_уW_zO₄, где 0≅x≅1; 0,997<y<1,003; 0,999<z<1,001. Технический результат изобретения: увеличение коэффициента ВКР-усиления и снижение порога ВКР-преобразования. 2 ил. , 1 табл.

Изобретение относится к квантовой электронике, в частности к лазерам с ВКР-преобразованием частоты генерации (ВКР - вынужденное комбинационное рассеяние), и может быть использовано в связи, локации, метрологии, дальнометрии и научных исследованиях.

Известен метод ВКР-сдвига частоты лазера с помощью жидкостных и газовых ячеек, а также монокристаллов [1] . Величина такого сдвига определяется частотами молекулярных колебаний и фононного спектра элемента, в котором реализуется эффект ВКР.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является монокристалл KGd(WO₄)₂ (КГВ), в котором был осуществлен ВКР-сдвиг на 901 и 768 см^-1 [2] .

Недостатком кристалла КГВ как элемента для ВКР-преобразования является большая ширина линий спонтанного комбинационного рассеяния (СКР) 5-6 см^-1 при 300 К, что снижает коэффициент ВКР-усиления и увеличивает порог ВКР-преобразования.

Технической задачей изобретения является улучшение энергетических параметров лазеров с ВКР-преобразованием частоты, в частности увеличение коэффициента ВКР-усиления и снижения порога ВКР-генерации. Это достигается тем, что в качестве материала для ВКР-преобразования лазерного излучения используется монокристалл вольфрамата бария-стронция с составом (Ba_1-хSr_x)_yW_zO₄, где 0≅x≅1, 0,997<y<1,003; 0,999<z<1,001. Выход из указанных границ по y (менее 0,997 и более 1,003), по z (менее 0,999 и более 1,001) приводит к растрескиванию кристалла, появлению светорассеяния из-за присутствия посторонних фаз и т. д.

Данный монокристалл выращивается по методу Чохральского на установке "Кристалл 3м" с индукционным нагревом.

Вышеуказанный кристалл вольфрамата бария-стронция имеет узкую интенсивную линию (ширина 1,6-2,2 см^-1 при 300 К) в спектре СКР на частоте 922-925 см^-1. Эта ширина в 3-4 раза меньше ширины линий СКР, используемых для ВКР-преобразования в кристалле КГВ. Если учесть, что сечение рассеяния линий 901 и 768 см^-1 в кристалле КГВ и линии 922-925 см^-1 в кристалле вольфрамата бария стронция практически одинаковы, то пиковая интенсивность линии СКР в вольфрамате бария-стронция оказывается в 3-3,5 раза выше линий в кристалле КГВ. Это обстоятельство позволяет получить более высокий коэффициент ВКР-усиления и снизить порог ВКР-преобразования в кристалле вольфрамата бария-стронция по сравнению с кристаллом КГВ.

На фиг. 1 и 2 показаны спектры СКР кристалла КГВ (фиг. 1) и вольфрамата бария стронция с х= 0, y= 1 и z= 1 - (BaWO₄) (фиг. 2) в области частот, используемых для ВКР-преобразования. Для иллюстрации более высокой интенсивности линии СКР в BaWO₄ масштаб по оси ординат выбран одинаковым на обоих чертежах. Спектры записаны на образцах равной толщины (0,8 мм) при одинаковых условиях возбуждения и регистрации спектров СКР.

Пример конкретного выполнения.

Эксперимент по ВКР-преобразованию проводился на монокристаллах (Ba_1-xSr_x)_yW_zO₄ с х= 0, (Ba_yW_zO₄) c длиной 31 мм. Накачка осуществлялась импульсно-периодическим лазером на ИАГ с Nd³⁺ с пассивной модуляцией добротности на длине волны 532 нм. Было получено эффективное ВКР-преобразование на кристалле Ba_yW_zO₄, а также измерены коэффициент усиления (G) и порог (W) ВКР-преобразования. Полученные значения G и W для Ba_yW_zO₄ сравнивались с аналогичными значениями для кристалла КГВ с длиной 36 мм. Оказалось, что коэффициент ВКР-усиления для кристалла Ba_yW_zO₄ был в 2 раза выше, чем для КГВ кристалла. Порог ВКР-преобразования в Ba_yW_zO₄ был ниже, чем в КГВ в 1,5 раза несмотря на большую длину и более высокое оптическое качество кристалла КГВ.

Полученный эффект снижения порога и увеличения коэффициента ВКР-усиления в кристалле Ba_yW_zO₄ объясняется только особенностями колебательного спектра этого кристалла, определяемыми его структурой.

Данные по составу кристалла Ba_yW_zO₄ при его работе в качестве элемента ВКР-преобразования при различных режимах работы сведены в таблицу.

Литература 1. Грасюк А. З. Квантовая электроника, 1974, 3, 485.

2. Андрюнас К. , Вищакас Ю. , Кабелка В. , Мочалов И. В. , Павлюк А. А. , Петровский Г. Т. , Сырус В. Письма в ЖЭТФ, 1985, 42, с. 333.

Формула изобретения

Твердотельный лазерный материал для вынужденного комбинационного рассеяния света (ВКР), отличающийся тем, что он представляет собой монокристалл с составом (Ba_1-хSr_x)_уW_zO₄, где О≅х≅1; 0,997<y<1,003; 0,999<z<1,001.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3