Активный материал для лазеров
Союз Советскид
Социалистическик
Республик пп680577 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 2706,77 (21) 2499988/18-25 с присоединением заявки 8о (23) ПриоритетОпубликовано 301280. Бюллетень Но 48
Дата опубликования описания 3012,80 (51)м, Кл,з
Н Oi S 3/17
Государственный комитет
СССР . по деяам изобретений н открытий (53) УДК 621. 375. .8(088.8) (72) Авторы изобретения
Б.И.Денкер, A.ß.Êàðàñèê, Г.В.Максимова, A.A,Ìàëþòèí, В.В.Осико, П.П.Пашинин, А.М.Прохоров и И.A.Ùåðáàêoâ
Ордена Ленина физический институт им. П.Н.Лебедева (71) Заявитель (54) АКТИВНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ЛАЗЕРОВ
Изобретение относится к материалам для лазерной техники, в частности к лазерным неодимовым стеклам, и предназначено для получения активных элементов твердотельных лазеров широ- 5 кого назначения (в том числе пленоч" ных и миниатюрных лазеров) с длинами волн генерации в области 1 06 и
1,34 мкм.
Известно лазерное стекло, активированное ионами неодима,состава йод Од и йдъ La+> PS ОЧ (11 .
Основным недостатком данных стекол является трудоемкая технология, которая включает в себя предварительное 15 выращивание кристаллов (процесс выращивания кристаллов размером 2-3 мм продолжается до 7 дней) и затем синтез стекла из выращенных кристаллов в запаянных платиновых трубочках 20 размером 6х38 мм.
Наиболее близким к предлагаемому является активный материал для лазеров на основе соединения неодима и окислов фосфора (2), стекло марки 25
КГСС-16-21, в котором при изменении концентрации частиц Nd с 1 4 ° 102а до
5,8 ° 1020в 1 см1 квантовый выход люминесценции йб3 меняется от 0,92 до
0,48, что говорит о концентрационном 30
2 тушении люминесценции Nd> и приводит к невысокому удельному энергосъему.
Цель изобретения — увеличение удельного энергосъема.
Это достигается при уменьшении процента концентрационного тушения люминесценции. При этом используется активный материал, который содержит окисел лития или его смесь с одним из окислов элементов первой группы
R2O, где R — элемент из ряда Na, К, Rb, Cs, и в качестве соединений неодима взяты окисел неодима или его смесь с одним из окислов элементов третьей группы М20, где М вЂ” элемент из ряда (а, 63, Lu, Sc, 1, Aly взятых в следующем соотношении, мол.Ъ
NdgQ или й0203+ И<О 10-15
Lip 0 или Li 20 + R20 8-26
Pg 05 64-77
Окисел лития в смеси с одним из окислов элементов первой группы взят в количестве 1-25 мол.Ъ. Окисел неодима в смеси с одним из окислов элементов третьей группы взят в количестве 1-14 мол. t.
Количество частиц йд в данном
Ъ+ стекле может достигать величины
3,5i102< в 1 см> при слабо выражен680577
Технический отжиг стекла проводят в силитовой печи при 450 С.
Описываемый активный материал для лазеров позволяет уменьшить эффект концентрационного тушения люминесценции, достичь квантового выхбда люминесценции, что важно для создания
40 миниатюрных лазерных систем.
Формула изобретения ном эффекте концентрационного тушения люминесценции и соотвенственно высоком квантовом выходе люминесценции с уровня 4 Г NdÐ . Так, например, квантовый выход люминесценции йФ Q =
0,6 в предлагаемом стекле состава, мол, Ъ: 11 0 (26Ъ) - (й4р 0 (3Ъ) +
+ La>0 (7Ъ)) — Р205 (64Ъ) достигается при концентрации частиц
8.10 О в 1 см3, это значение соответt0 ствует концентрации йФ около 2 "10 0 в 1 см .
На чертеже приведены концентра- ционные зависимости времени жизни 1, и квантового выхода люминесценции с уровня 4ГЭ1 Nd для стекол соста Я ва, мол Ъ: L1 0 (26Ъ), f(La<0 ) х+
+ (Ndg0g)p (10Ъ), Pg Об (64Ъ) при изменении соотношения между окислами (1 а О )1 х и (Nd O ) х (Х изменяется от 0,01 до 1).
Как видно из чертежа, в стекле, Я не содержащем 1.а О (x=1), уровня, 4 F 1< Nd>+ составляет 80 мкс, количест во частиц Nd> при этом равняется
2 7-10>"в 1 см в стекле в котором
1 Р
Ъ+
X = 0,01, количество частиц Nd + 2,7 10 2g в 1 смЗ, 1Г= 320 мкс. Описываемое стекло может быть получено в виде оптически однородных образцов больших размеров с использованием традиционной технологии. При этом исходными ингредиентами принятого за основу
"остава предлагаемого стекла являют"я,,мол. Ъ: Nd
Изменение концентрации Nd может достигаться .введением окислов
М О (М = 1 à, Gd, Lu, Sc, 1, Al), причем общее содержание окислов Ndq0>y
+ M 0> должно оставаться 10-15 мол.Ъ.
Возможна также частичная замена Li<0 окисями ROO (R = Na, К, Rb, Cs) при сохранении общей концентрации Ri 0 +
° + R 0 равной 8-26Ъ мол.Ъ, что приводит также к повышению технической стойкости и увеличению времени жизни.
Стеклб состава, мол.Ъ: L1 0 26, NdgO 10 ; Р 06 64 характеризуют следующие физико-механические свойства: коэффициент преломления n = 1,55, . количество частиц Nd>+ 2,7 10 1в 1 см время жизни метастабильного состояния, 50
4 Fy йФ 80 мкс; пиковые значения коэффициентов поглощения в полосах поглощения й<Р 0,74; 0,8; 0,87 мкм
40, 55,14 см квантовый выход люминесценции с уровня +F> Nd 0 25, сечение генерационного перехода
4F3/< 1 3,8 10 см сечение ге4 -28 9"Ы я, нерационнОго перехода Р@ - 11 0,9 10 см плотность Я = 3,0 г/см ; микротвер2. дость 340 кг/см"; коэффициент Пуассона 0,257, модуль 10нга 2,28"10 кг/см, 40 модуль сдвига 3,73-10 кг/см .
При получении стекла используют следующий способ.
После тщательного перемешивания исходных ингредиентов, полученную 65.месь помещают в алундовом стакане
Б силитовую печь, где она доводится до расправления путем постепенного нагрева до 1000-1200 С в течение
5-6 ч. Затем расплав выливают в кварцевую трубу. Полученный стекловидный слиток измельчают и кусками загружают в платиновый контейнер. Загру-. женный контейнер помещают в герметичную камеру индукционной печи. Для удаления из расплава следов воды в камеру помещают в качестве влаго,поглотителя порошкообразный фосфорный ангидрид. Если в процессе варки стекла не принимают меры, направленные на удаление воды из расплава, это приводит к снижению 34F>/ Nd, 3 например, для стекла, не содержащего лантана, с 80 до 35-40 мкс.
Варку стекла в тигле объемом
0,2 л проводят при 1100-1200 С в течение 15 ч при непрерывном переме- шивании расплава платиновой мешалкой.
Сокращение времени синтеза приводит к появлению рассевающих центров в готовом стекле.
После окончания синтеза стекло охлаждают в камере при снятом напряжении с индуктора до 600-700 С и затем высаживают иэ платинового контейнера в графитовую форму. Выливание ,жидкого стекла в изложицу приводит к возникновению свилей.
1. Активный материал для лазеров на основе окислов фосфора и соединения неодима, отличающийся тем, что, с целью повышения удельного энергосъема, он содержит окисел лития или его сйесь с одним из окислов элементов первой группы R О, где R - элемент иэ ряда Na, K, Rb, Cs, а в качестве соединений неодима взяты окисел неодима или его смесь с одним из окислов элементов третьей группы М О, где M — элемент из ряда
1 а, Gd, Lu, Sc, 1, Al, взятых в соатношении, мол.Ъ:
ЙЩ или Nd O> + M O 10-15
Lil20 или, Li О + R 0 8 26
Е О 64-77
2. Материал по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что окисел лития в смеси с одним иэ окислов элементов первой группы взят в количестве 1.25 мол Ъ.
680577 т,а л,ги
Составитель О. Исаева
Техред М,Кузьма Корректор.М. Муска, Редактор Л. Письман
Заказ 9264/75 Тираз 844 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., дф 4/5
Филиал ППП "Патент", Г. Ужгород, ул. Проектная, 4
3. Материал по пп.1 и 2, о т л из а ю щ и и с я тем, что окисел неодима в смеси с одним из окислов элементов третьей группы взят в количестве 1-14 мол.%.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Патент СИА В 3863177, кл. 331-94.5, опублик. 1975.
2. Арбузов B.È. и др. Абсолютный квантовый выход люминесценции стекол, дктивированнх неодимом. Кв. Электроника, т.3, Ю 9, 1976, с. 2005 (прото.тип) .
