Лазерный материал

ЛАЗЕРНЫЙ МАТЕРИАЛ, выполненный в виде неорганического соединения на основе фторидов с центрами окраски, отличающийся тем, что, с целью повышения концентрации рабочих центров окраски, неорганическое соединение взято в виде оптической керамики.

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано для создания перестраиваемых по частоте лазеров, пассивных лазерных затворов, аподизирующих диафрагм и других оптических элементов.
Цель изобретения - повышение концентрации рабочих центров окраски.
Радиационное создание F-агрегатных центров в горячепрессованном поликристаллическом соединении - оптической керамике, облегчено в силу развитой поверхности составляющих керамику фракций. В результате этого в оптической керамике эффективней происходит выход на поверхность интерстициалов в процессе облучения, увеличивается концентрация вакансий и в конечном итоге формируются F и F-агрегатные центры окраски. Концентрация паразитных центров F⁺₃ снижается, поскольку эффективней идет послерадиационное преобразование нестабильных F⁺₂-центров в рабочие лазерные F₂ по механизму F⁺₂ + F₂ .
На фиг. 1 представлены спектры люминесценции I фторида лития в зависимости от длины волны при возбуждении светом 445 нм в виде оптической керамики (кривая I) и монокристалла (кривая 2) после электронного облучения одной и той же дозой. Наблюдаемые в спектре полосы с _макс=530 нм и _макс=660 нм соответствует люминесценции F⁺₃- и F₂-центров окраски. По интенсивности свечения в данных полосах можно сравнительно оценивать число наведенных тел или иных центров окраски; на фиг. 2 представлены видимые части спектров оптического поглощения D фторида лития в зависимости от длины волны в виде оптической керамики (кривая 3) и монокристалла (кривая 4), облученных электронами одной и той же дозой. Приведенные спектры содержат полосу с максимумом при 445 нм, являющуюся интегральной полосой поглощения F₂ ( _погл= 438 нм)- и F⁺₃ ( _погл=458 нм) - центров окраски. Оптическая плотность при =445 нм образцов оптической керамики в 3,5 раза превышает оптическую плотность монокристалла в этой области; на фиг. 3 приведены спектры оптического поглощения фтористого магния в виде оптической керамики (кривая 5) и монокристалла (кривая 6 ), облученных электронами одной и той же дозой. В спектрах поглощения наблюдаются полосы с _макс= 265 нм (F) и с _макс= 370 нм; 400 нм (F₂), а также в оптической керамике полосы 535 нм и 645 нм. Эффективность создания центров окраски в оптической керамике возрастает по сравнению с центрообразованием в монокристалле.
П р и м е р 1. Лазерный материал представляет собой горячепрессованное поликристаллическое соединение - фторид лития, содержащий F₂ - центры окраски (см. фиг. 2, кривая 3). Для монокристаллического варианта фторида лития поглощения F₂-центров в 3,5 раза ниже, чем в оптической керамике (см. фиг. 2, кривая 4), что дает право снижать дозу облучения материала. В спектрах люминесценции оптической керамики, возбуждаемой в полосе поглощения светом с =445 нм, содержатся интенсивная полоса, связанная с F₂-центрами и менее интенсивная с F₃-центрами (см. фиг. 1, кривая 1). Для монокристалла наблюдается обратное соотношение интенсивностей полос люминесценции (см. фиг. 1, кривая 2).
Описанный материал с центрами окраски получен путем электронного облучения оптической керамики при комнатной температуре в режиме облучения 600 импульсов с частотой 6 Гц, доза - 5,8 10⁵ Гр.
Обнаруженное в оптической керамике уменьшение количества паразитных центров и снижение дозы облучения для создания рабочей концентрации лазерных F₂-центров позволяет использовать данный материал в качестве лазерного.
П р и м е р 2. Образец из оптической керамики на основе фторида лития из зонно-очищенного сырья "Для монокристаллов", выполненный в виде диска диаметром 10 мм и толщиной 2 мм, облучают -излучением дозой 2 10³ Кл/кг при комнатной температуре. В результате облучения в оптической керамике создаются F₂-центры. При установке в резонатор Nd-YAG-лазера лазерный элемент из оптической керамики работает как пассивный лазерный затвор. При установке этого затвора длительность генерируемого моноимпульса излучения составляет 60 нс вместо 600 нс в режиме свободной генерации. При этом интенсивность излучения возрастает в 10 раз, т.е. наблюдается эффект пассивной модуляции добротности резонатора Nd-YAG-лазера.
П р и м е р 3. Лазерный материал MgF₂ представляет собой горячепрессованное поликристаллическое соединение - оптическую керамику состав 99,9% MgF₂ и 0,1% неконтролируемые примеси, имеет форму диска диаметром 10 мм, толщиной 1,5 мм и содержит F- и F₂-центры окраски.
Центры созданы облучением ускоренными электронами (600 импульсов с частотой 6 Гц, доза -5 ,8 10⁵ Гр) при комнатной температуре (см. фиг. 3, кривая 5). В монокристалле MgF₂ при данной дозе концентрации F-центров ( _погл= 265 нм в 5 раз меньше, а поглощение F₂-центров окраски не наблюдается см. фиг. 3, кривая 6. В оптической керамике наблюдаются полоса поглощения F_2А-центров окраски и характерное этим центрам свечение (660 нм), что дает основание использовать материал в качестве лазерного.
Учитывая механизм образования дефектов, можно заключить, что в керамике повышается эффективность генерации не только электронных, но и дополнительных к ним дырочных центров окраски.
Изобретение относится к квантовой электронике, а именно к твердотельным лазерным средам на центрах окраски. Целью изобретения является повышение концентрации рабочих центров. В неорганическом соединении в виде оптической керамики создается большее количество рабочих лазерных центров (F₂) и меньшее паразитных (F⁺₃) обуславливающих оптические потери, по сравнению с монокристаллическим вариантом неорганического соединения. 3 ил.