Оглавление.
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЕ И ГЕНЕРАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОКСИДНЫХ КРИСТАЛЛОВ С РАЗЛИЧНЫМИ МЕХАНИЗМАМИ РАЗУПОРЯДОЧЕНИЯ
(ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР). 9
1.1 Кристаллы со структурным разупорядоченисм 9
1.1.1 Стабилизированный диоксид циркония. Спектрально-люминесцентные и генерационные свойства. 9
1.1.2 Спектрально-люминесцентные и генерационные свойства разупорядоченного кристалла КНГГ, активированного редкоземельными ионами. 15
1.2 Разупорядочснность вызванная большой концентрацией ионов активатора. 20
1.3 Термоактивированная разориентация молокулярных фрагментов в кристаллах. 27
1.3.1 Неоднородное расщепление линии комбинационного рассеивания в кристалла легкоплавких нитратов и тугоплавких ванадатов (УУО.ь С6У04) 27
1.3.2 Генерационные свойства кристалла УУС>4^с13+. 30
1.4 Принципиальная схема установки 33 ГЛАВА 2. ГЕНЕРАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТРУКТУРНО
Р АЗУ ПОРЯ ДОМЕННЫХ КРИСТАЛЛОВ 2г02-У203:УЬ3+, КНГГ :Ш3+, КНГГ:Тгп3+ 36
2.1 Параметры генерации макета лазера на 2Ю2-У203:УЬ3+ 36
2.1.1 .Экспериментальные образцы и методы исследований. 36
2.1.2.Исследование динамики генерации в импульсном режиме работы лазера. 42
2.1.3 Исследование спектральных характеристик генерации 45
2.1.4 Энергетические характеристики генерации. 48
2.1.5.Обсуждение результатов 49
2.2 Генерация на кристалле КНТТ: Nd3: 4% 51
2.2.1 Оптические схемы резонаторов 51
2.2.2 Спектральные характеристики излучения лазера на кристалле КНГГ: Nd3+ 4% 54
2.2.3 Энергетические характеристики генерации. 56
2.2.4. Обсуждение результатов. 58
2.3Исследование характеристик генерации на кристалле
КНГГ: Тт3+ 6% 58
2.4 Основные результаты. 61
ГЛАВА 3. ЭФФЕКТИВНАЯ ЛАЗЕРНАЯ ГЕНЕРАЦИЯ В РЕЖИМЕ МОДУЛИРОВАННОЙ ДОБРОТНОСТИ ПА КОНЦЕНТРАЦИОННО РАЗУПОРЯДОЧЕННОМ КРИСТАЛЛЕ YA103:Tm3+ 64
3.1. Экспериментальные образцы и методы исследований. 65
3.2. Энергетические характеристики. 66
3.3. Временные и спектральные характеристики. **'* 68
3.4 Обсуждение результатов. 70
3.5. Основные результаты. 73
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ГЕНЕРАЦИИ В
РЕЖИМЕ СИНХРОНИЗАЦИИ МОД НА ТЕРМОАКТИВАЦИОННО
РАЗУПОРЯДОЧЕННОМ КРИСТАЛЛЕ YV04-Nd3+ 74
4.1. Генерация в режиме синхронизации мод с помощью полупроводникового зеркала с насыщением поглощения (SESAMa -Semiconductor saturable absorber mirror). 75
4.1.1 Оптическая схема и описание узлов резонатора. 75
4.1.2 Результаты генерационных экспериментов. 78
3
4.1.3. Обсуждение результатов. 81
4.1.4. Основные результаты. 81
4.2. Генерация в режиме синхронизации мод с помощью нелинейного зеркала. 82
4.2.1 Оптическая схема и описание узлов резонатора. 82
4.2.2 Результаты генерационных экспериментов 85
4.3. Основные результаты 87
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 89
ПРИЛОЖЕНИЕ 91
ЛИТЕРАТУРА 96
4
ВВЕДЕНИЕ.
С момента своего создания лазеры находят широкое применение в самых различных сферах человеческой деятельности. С течением времени требования к временным и энергетическим параметрам достаточно быстро возрастали. Возникали необходимости создания лазеров излучающих в самых различных диапазонах. Одним из важных событий в развитии современной лазерной физики является появление лазерной полупроводниковой накачки. В настоящее время устройства накачки на основе лазерных диодов значительно потеснили широкополосную ламповую накачку. Это связано с целым рядом преимуществ данных устройств:
1. Возможность полного совмещения спектров излучения лазерного диода и спектра поглощения активного элемента (Л.Э.)
2. Направленность излучения накачки. Излучение накачки полностью фокусируется в Л.Э. и существует возможность увеличить профиль инверсии созданного лучом накачки в области основной моды резонатора.
4. Высокий КПД полупроводниковых лазеров около 30%.
5. Большое время работы 5000 до 20000 часов
Использование такого типа накачки предъявило новые требования к тем материалам, которые используются в качестве активных элементов. Основной задачей в данном случае являлось максимальное согласование спектров поглощения Л.Э. со спектрами излучении ЛД. Применение полупроводниковой накачки позволило снизить требования к
теплофизическим характеристикам А.Э., что расширило круг используемых для активации матриц. Стали широко использоваться среды с
разу порядочен ной структурой, для которых свойственно неоднородное
уширение спектральных линий. Были снижены требования к
теплофизическим характеристикам материалов, используемых в лазерах в качестве акгивных элементов, что позволило расширить круг используемых для активации мазриц.
5
В настоящее время получена генерация на большом количестве активных сред. Если рассмотреть их но степени структурного совершенства, то с одной стороны мы увидим среды максимально разупорядоченные, какими являются стекла (аморфная структура, в которой можно выделить только ближний порядок окружения иона активатора), с другой стороны это максимально упорядоченные кристаллы к которым можно отнести в частности простые оксиды (А12Оз, с малыми концентрациями активатора). Огромное большинство других лазерных кристаллов имеют тс или иные нарушения упорядоченности структуры вследствие различных механизмов.
В данной работе были исследованы генерационные характеристики лазеров на разупорядоченных активных средах. Для проведения экспериментов были выбраны кристаллы с различными механизмами разупорядочения.
Большой интерес представляет собой исследование особенностей генерации лазеров с активными элементами из таких кристаллов. Особенности могут возникать из-за наличия в подобных средах нескольких, различных но своим свойствам, оптических центров.
Сами разупорядоченные кристаллы так же возможно поделить по типам разупорядочения.
1). Собственная разупорядочснность (ХЮ2-У203 :4% УЬЗ+, КНГГ:
N63+ 4%, №0с1(\У04)2, ЫаЕа(МоО.,)2, ЫаЬа^О,,),)
Разупорядоченность, существующая даже при небольшой концентрации ионов активатора.
2). Разупорядоченность, связанная с большой концентрацией активатора УАЮЗ:ТтЗ+ 5.5%, различные фториды. [1]
С появлением диодной накачки в лазерной физике стали применяться активные элементы с большой концентрацией ионов активаторов. Происходящее в этом случае изовалентное замещение регулярного иона внутри ионной подрешетки ионами РЗ активатора также приводит к нарушению упорядоченной структуры кристаллов.
3). Термоактивированное разупорядочение (УУО^Ш3, , Сс1УО.ь Хг8Ю<ь Са\УО,1 и ВаХУСД).
Синтез монокристаллов ортованадатов редкоземельных и вольфраматов щёлочноземельных металлов происходит при высоких темперачурах из расплава, они могут содержать дефекты, вызванные термоактивационными процессами. Наличие таких дефектов может приводить к неоднородному расщеплению и уширснию спектральных линий редкоземельных активаторов.
Существование нескольких типов оптических центров может оказывать влияние как на временную структуру излучения, так и на его спектральный состав.
Целыо данной работы является исследование генерационных свойств кристаллов с различными механизмами разупорядочения, выявление
характерных особенностей, присущих этим лазерным средам, разработка макетов эффективных лазеров с полупроводниковой накачкой, в основу работы которых заложены эти характерные особенности.
Для достижения поставленной цели в данной работе ставились и решались следующие задачи:
1. Исследование характерных особенностей лазерной генерации, проявляющихся как в спектральном составе, так и в динамике лазерного излучения для лазеров с полупроводниковой накачкой на разупорядоченных кристаллах с различными механизмами разупорядочения. Разработка и реализация макетов эффективных лазеров с полупроводниковой накачкой, в основу работы которых заложены эти характерные особенности.
2. Изучение влияния собственной разу порядочен мости на генерационные характеристики лазеров с активным элементами из кристаллов ХгСЬ^О?-УЬ3+, КНГПШ3\ КНГГ:Тт3+.
3. Выявление особенностей генерации в режиме модуляции добротности макета лазера на кристалле УАЮз:Тгп3+, для которого характерно концентрационное разупорядочение.
4. Исследование генерационных свойств кристалла УУО^ЭДс!3' с целыо получения эффективной, стабильной, непрерывной самосинхронизации моде полупроводниковой накачкой.
Научная новизна
1. Получена лазерная генерация на кристалле Zr02-Y20з:Yb3, в режиме незатухающего цуга импульсов. Предложена модель этого процесса в виде самомодуляции добротности, при котором генерация развивается с участием одной группы оптических центров, в то время как другая группа выступает в роли насыщающегося поглотителя. Изучены временные, энергетические и спектральные характеристики г енерации.
2. Выявлено, что при мощной селективной поперечной диодной накачке кристалла КНГТгШ34 4% спектр генерации, как и в условиях широкополосной ламповой накачки, состоит из 3-х линий (1059.8, 1062.2, 1066.5 нм). Это объясняется наличием у кристалла КНГГ:Ы(1' нескольких типов групп оптических центров и эффективной миграцией энергии между ними.
3. Высокие энергетические параметры генерации в режиме модуляции добротности на активной среде УЛЮз:Тш3: 5.5% обусловлены эффективным протеканием процесса кросс-релаксации и слабым влиянием на генерацию процесса ап-конверсии, за счет оптимизации режимов накачки.
4. Получена генерация в режиме непрерывной стабильной самосинхронизации мод в длинном резонаторе с помощью метода нелинейного зеркала, где в качестве нелинейного элемента использовался кристалл ПВО в некритичном синхронизме.
8
- Київ+380960830922