Лазерное вещество

(51) 5 Н 01 8 3/16 Н ПАТЕНТУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71), Польска Акадэмия Наук, Институтбизики и Польска Акадэмия Наук, Институт Ниских Температур и БаданьСтруктуральных (Р 1)(56) Каминский А.А,Лазерные кристаллы, М,: Наука, 1975, с.1,10,Там же, с.199,Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано при разработке новых лазерных материалов.Цель изобретения - получение ани зотропного лазерного вещества с повышенной концентрацией активатора.Сущность изобретения заключается в том, что основой лазерного вещества является монокристалл галлатов щелочных земель и лантана. Химический состав этого материала описывается общей формулой АВСО 7, в которой А - барий (Ва), стронций (Бг), либо их смесь, В - лантан (Еа), С - галлий (Са), В зависимости от вида состав-. ных частей и условий изготовления материала, его химический состав может(57) Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано при разработке новых лазерных материалов, Целью изобретения является получение анизотропного лазерного вещества с повьппенной концентрацией активатора. Основой лазерного вещества является монокристалл, галлатов щелочных земель и лантана. Оптимальный состав кристалла с примесьюд(ОФ ОДО С 1 0,04 а з,02 6,98 нез начит ельно отклоня ться от стехиометрии и соответствовать формуле А 1 х В А Ъ С з-х+ц 07- о,з х, где х и у могут принимать положительные или отрицательные значения в диапазоне от 0 до 0,12, Активной примесью в этом лазерном веществе является ион неодима (1 Ы, ). Особо рекомендуются в качестве активного материала для лазерных стерж-, ней монокристаллы барий-лантан-галлиевого геленита, состав которого описывается формулой ВаЬаСа 07, содержащего неодим в качестве активной примеси (БЕСО:И 6). Преимущества этого материала по сравнению с известным (7 АС:1 Ы) (УАС:Мд), следующие, 1609462В кристаллическую основу можноввести примесь в значительно большем количестве, чем оказывается возможным в случае УАС:Ы,5Коэффициент распределения неодимав ВЬСО имеет значение, близкое к 1,благодаря чему примесь распределяется в монокристалле очень равномерно,что трудно достигаемо; в случае 10УАС: Ы,Скорость выращивания монокристал. - .лов ВЬСО:Ы (порядка 4 мм/ч) оказывается значительно большей, чеИ ско-рость вытягивания монокристаллов 15,УАС:Ы (порядка 1 мм/ч),Температура плавления ВЬСО(1560.С)онамного ниже температуры плавленияУАС (1930 С). Благодаря этому, а также благодаря большой скорости вытяги" 20вания монокристаллов наблюдаетсяменьший износ иридиевого тигля в процессе вытягивания кристалла.Кристалл ВЬСО:Ы имеет одну оптическую ось. Благодаря этому иэ него 25можно изготавливать лазерные элементы(ЛЭ), обладающие требуемым коэффи-,циентом усиления (в зависимости отугла между геометрической осью лазерного стержня и оптической осью активного материала), которые могут работать в режиме генератора или усилителя света и дают полностью линейнополяризованный свет, чего нельзя достигнуть в случае изотропного УАС:Ы.Кристаллы ВЬСО имеют структуру геленита, которая не имеет центра сим"метрии, В связи с этим монокристаллы.ВЬСО обладают пьезоэлектрическимисвойствами. Эти свойства могут быть 40использованы при проектировании схемдля подстройки лазерного резонатора.Активированные монокристаллы геленитов выращивают путем кристаллизациииз расплава по одному из известных 45методов Чохральского, Бриджманна либоэонной плавки. Наиболее удобным способом изготовления монокристалловгаллиевых геленитов щелочных земельи лантана с примесями ионов Ы яв3+ляется способ вытягивания монокристалла из расплава по методу Чохральского. Согласно этому методу расплавполучается путем расплавления в иридиевом тигле смеси особо чистых порошкообразных окисов металлов, входящих в состав выращиваемого монокристалла. Состав расплава в принципетакой же, что и состав монокристалла. Допустимы небольшие отклонения в границах ат".7. Вместо окислов можно использовать карбонаты тех металлов, которые при нагревании разлагаются, преобразуясь в соответствующие окислы, а затем расплавляются. В случае использования карбонатов необходимо ограничить скорость повышения температуры, чтобы создать условия для их термического разложения.Кристаллы, изготовляемые путем кристаллизации из расплава по методу Чохрапьского, имеют химический сос- тав, несколько отличающийся от сте 4 /хиометрического состава. Их действительный состав может быть описан рбщей Формулой А 1+ИВСз-х+07-о,х ф где х и у могут. принимать как положительные, так и отрицательные значения в зависимости от вида составных частей монокристалла и кристаллографической ориентировки границы Фаз между растущим кристаллом и расплавом, а также от начального состава расплава.П р и м е р, Исходный материал, состоящий из 32,30 мас.ч. ВАСО, 22,94 мас,ч, ЬаОз, 0,57 мас,ч, Ы ц и 44,19 мас,ч. Са 0, в виде тщательно перемешанных порошков ссыпают в иридиевый тигель, который затем медленно нагревают иццукционными токами высокой частоты в устройстве для выращивания монокристаллов по методу Чохральского, Материал нагревают в атмосфере азота до температуры, несколько большей, чем температура плавления ВЬСО. Монокристаллический ориентированный зародыш, прикрепленный к трубке из А 10 з, опускают сверху вплоть до соприкосновения с по-, верхностью расплава, а затем поднимают вверх со скоростью 4 мм/ч при одновременном его вращении вокруг вертикальной оси, Диаметр кристалла увеличивается при уменьшении температуры вплоть до получения требуемого размера. После этого постоянный диаметр вытягиваемого кристалла поддерживается автоматически путем контроля массы вытягиваемого кристалла.Скорость вращения зародыша зависит от диаметра вытягиваемого кристалла.В случае кристалла диаметром 20 мм, вытягиваемого из тигля диаметра 40 мм, скорость вращения зародыша составляет 65-70 об/мин. После окончания процесса вытягивания монокрисСоставитель О.ИсаеваТехред М,Моргентал ,Корректор Т.Колб Редактор В.Данко Заказ 3628 Тираж 399 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101 5160946 талл отрывают от поверхности расплава, а затем медленно охлаждают до комнатной температуры. Химический состав полученного кристалла зависит от кристаллографического направления роста и от начального состава расплава. Гристалл, растущий на плоскости (001), имеет состав, который приближенно можно описать следующей формулой Ва 1,об Ьао,9 оэ Н 1 о,вы Саз ого 06975 Исследования полученного кристалла показали, что в цилиндрической части кристалл лишен включений иридия и других. твердых фаз и не содержит дефектов, ухудшающих его оптическое качество, а именно трещин, пузырьков и ,т.д. Определен оптимальный состав кристалла с примесьюВг 1,0 ч 1 а 0,90 10,09 302 698О 20 2 6Формула из обр ет енияЛазерное вещество на. основе моно+,кристаллов, активированных ионами1 Ы , о т л и ч а ю щ е е с я тем,+что, с целью получения анизотропноголазерного вещества с повышенной концентрацией активатора, в качестве основы используется монокристалл галлатов щелочных земель и лантана общейформулы АВС07-0,5 Х югде А " барий, стронций или их смесь;. В - лантан;С - галлий,х и у - параметры, принимающиеположительные или отрицательные значения в диапазоне 0 - 0,12,а количество ионов Ы соответствуетъ+0,02-0,33 ат,Х,