Пассивный модулятор добротности резонатора лазера

-центрыгалоидонами металлов,тр 9 ь ь ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ МУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(46) 23,05.83 Бюл. Мо 19 (72) В, М, Мецик, Э, Э, Пензина, И, А, Парфианович Л, М, Соболев, В. В. Брюквин и О. П. Варнавский (71) Научно-исследовательский институт прикладной физики при Иркутском государственном университете им. А. А. Жданова(56) 1, Авторское свидетельство СССР422057, кл. Н 01 5 3/11, 1979,2. Авторское свидетельство СССРМ 818423, кл, Н 01 Б 3/11, 1981,(54)(57) 1, ПАССИВНЫЙ МОДУЛЯТОРДОБРОТНОСТИ РЕЗОНАТОРА ЛАЗЕРА на основе щелочногапоидного кристалла, содержащего поглощающие цен ы, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, целью управленгя диапазоном рабочих длин щелочногалоидный кристалл содержит центры окраски.2, Модулятор по п. 1, о т л и - ч а ю щ и й.с я тем, что 7 -центры образованы легированием щелочногалоидного кристалла двухвалентными ионами щелочноземельных металлов.3. Модулятор по п. 1., о т л ч а ю щ и й с я тем, что Еобразованы легированием щелочно ного кристалла двухвалентными и редкоземельных металлов.4, Модулятор по п. 1, о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что Е - центры образованы легированием щелочногалоид ного кристалла одновременно ионами щелочноземельных и редкоземельных0,4 0,47 0,471 0,506 0516 0,67 0,96 1,2 Ва 0,502 0,516 0,402 0,49 1,2 1,83 0,59 то же 1 98Изобретение относится к квантовойэлектронике, а именно к пассивным модуляторам добротности резонаторов лазеров,и может быть использовано при получении частотно-периодических режимов лазерного излучения и синхронизации модлазеров.Известны пассивные модуляторы добротности, выполненные на основе раство-ров органических красителей Я , Недостатком таких модуляторов является ихнизкая фототермическая и фотохимическаястойчпвость, невозможность работы ичастотно-периодическом режиме безпринудительной прокачки раствора,сильная зависимость начального поглошеНия вт температуры, токсичность.,Наиболее близким к предлагаемому является модулятор на основе щелочногалоцдного кристалла, содержащего поглощающие центры 12 Этот модулятор отличается высокой фототермической и фотохимической устойчивостью позволяет осуществлять частотно-периодический режимработы без специального принудительногоохлаждешмнетоксичен и, кроме того,способен ьбспечивать синхронизациюмод лазера,Недостатком такого модулятора является ограниченная возможность управления диапазоном рабочих длин волн, Этотнедостаток является следствием того,что в качестве рабочих центров в этоммодуляторе используют центры окраски,спектральНые области поглощения которых 4374 2определяются самим кристаллом. Введе. ние таких примесей, как 8 а, Т 1 идругих смешает диапазон рабочих длинволн в пределах 100 нм, но не обеспечивает возможности управления .диапазоном рабочих длин волн в оптической области спектра от 0,4 до 2 мкм.Для управления диапазоном рабочихдлин вол в пассивном модуляторе доброт ности резонатора лазера на основе щелочногалоидного кристалла, содержащего. поглощающие пентры, щелочногалоидныйкристалл содержит Е - центры окраски,причем Е - центры образованы легирова нием щелочногалондного кристалла двухвалентными ионами шелочноземельныхметаллов (Р. 3-), либо Е - центрыобразованы легированием шелочногалоидного кристалла двухвалентными ионами 20 редкоземетьных металлов (Щ,З), либо Е -центры образованы легированием щелочногалоидного кристалла одновременно иона- .ми шелочноземельных и редкоземельныхметаллов. 25Спектральная область оптическогопоглощения Е - центров зависит как отсамого кристалла, так и от легирующейпримеси. Полосы поглощения центров окрас.30 ки , - типа (Еу ,у у Е и те д.) вшелочногалоидных кристаллах перекрывают широкую область спектра от 0,4 до" 2 мкмЭто видно из таблицы, в которой приведены положения максимумов полос поглощения Е - центров. 0,496 1,02 1,26 1,59984374 Длина волны, мкм Примесь Кристалл Ва. КСС То же Ед 0,598 0,812 1,3.4 3.,72 Са 0,886 0,858 0,716 0,849 0,849 0,98 3.,29 3.,77 то же Ва 0,678 то же 0,678 Ва Ва 0,920 0,840 сь се 0,638 0,638 0,742 то же 5 г фК.вВ 5 г 0,89 0,639 0,83.8 0,668 0,70 0,668 0,73.6 0,687 0,720 0,73.6 0,840 0,780 0,832 01678 Оэ 73 0,86 . 0,678 0,7280,784 4Прололжение таблицы 3.,02 342 3.,93 0,98 3.,3.4 3.,49 3.,04 1,3.6 1,46 2,03.984374Продолжение таблицы ина волны, мкм 01 1,41 840 О,.К вВг Обозначения Звездочка - данные вз полос - порядка 100 и прим ечания:ы из спектров, возбуждения 150 нм, Положения мак але диобразо Таки мере аскиозв управволн ения дианав широких ла1 нтры окраски лишь в щелочноретически не разования по- других ионных- подобных ристаллах еще ти управления волн.,1На чертеже показаны полосы поглоще 25 ния одного из видов 2 - центров, а именно Хд - центров в кристаллах до С 1 Са (1),Мсю СИ - 5 (2), КСГ - Са(3), КВр - Ец (4), КСС - Ва (5) ЯЬвп Ва ( 6), СХ -СО (7), а также центров Г+ (8) и Рд (9) центров в кристаллах прототипа. Подбором легирующей примеси и щелочногалоидного кристалла получают легированный кристалл с заданными спектральными оптическими свойствами, например с полосой поглощения в нужном диапазоне длин волн. Одновременным легированием кристалла двумя (или более) сортами примеси получаютгированный кристалл, имеющий рабочийапазон необходимой ширины., как показывают извание Е - центров окалоидных кристаллах ь цели изобретения - ,45 эоном рабочих длинспектральных предеНесмотря на то, что цГ - типа пока изучаются галоидных. кристаллах те исключена возможность об добных центров, окраски в кристаллах. Нахождение 2 центров в других ионныхболее расширит возможнос диапазоном рабочих длин Черточка - ,данные пока не получень.люминесценции, Полуширинысимумов измерены при 77 К,Изобретение можно использовать вкачестве активного элемента лазера всвязи с тем, что временные параметрылюминесценции Х - центров подобныпараметрам люмннесценции центров окр с-.ки прототипа. Преимущество лазерана Е - центрах состоит в возможностиуправления длинами волн генерируемогоизлучения, подбором легирующей примесии кристалла, поскольку, длина волны люминесценции Е - центров зависит как оттого, так и от другого.Центры окраски Е - типа создают подобно центрам прототипа с помощью облучения кристаллов ионизирующей радиацией или частицами высоких энергий, илипрогревом кристалла в течение нескольких часов в пар щелочного металла притемпературе, близкой к температуре плавления кристалла, т. е, способом аддитивного окрашивания,Пассивный модулятор выполнен в видепараллелепипеда, размеры которого брались в пределах от 10 ф 100,5 мм до10 10 10 мм, В качестве материе=ла модулятора использовались монокристаплы щелочных галоидов, например МРС 6КСЕ, КВг, КЗ, К ВСЕ, ССЕ, СВг,С 9 Х и другие, выращенные из расплава,с добавлением в исходную щихту гапоидных солей легирующей примеси, найримерпримеси кальция, стронции, бария, евроция, иттербия и других. Вводят либо сольодного какого либо металла, либо комбинацию из двух или более легирующих солей (см, табл., п, 27). Концентрациюлегирующих примесей берут в широких пределах, так как она не влияет на рабочий диапазон,длин волн Изменение концентрации примеси приводит лишь к 5 необходимости изменения эффективной длины модулятора для обеспечения требуемого значения начального оптического пропускания модулятора. Чем выше кон центрация примесей, тем более тонкие пластинки кристаллов используют. Верхний предел концентраций ограничен растворимостью солей легируюшей примеси в веществе кристалла и специфичен пля каждой примеси в каждом кристалле, В используемых кристаллах верхний предел конг центраций примеси лежит в интервале 0,8-1 вес, % примеси в шихте. Превыше-, ние его ведет к выпадению фазы легируюшей сопи помутнению кристаппа 20 т. е, к его порче. Нижний предел концентраций примеси диктуется разумными размерами модулятора, которые, в свою очередь, зависят от размеров резонатора, Например, при эффективной длине модуля-:25 тора около 1 мм концентрацию примеси берут порядка 0,1 вес. % в шихте, а при эффективной .длине порядка 10 мм для обеспечения того же начального пропускания концентрация примеси будет около 30 0,01 вес. %.в шихте.При использовании пассивных модуляторов, изготовленных из окрашенных щелочногалоидных кристаллов, легированных ЩЗ или РЗ примесями,поучены гигантские моноимпульсы излучения рубинового и неодимового лазеров, Налример, модуля. цию добротности резонатора неопимового лазера, работающего на длине волны1,064 мкм, производят с помощью моду лятора, выполненного из легированного двухвалентными ионами бария аддитивно окрашенного кристалла К вВг, содержащего преимущественно Ъ - центры, Концентрация бария берется иэ интервала 45 от 0,1 до 0,5 вес. % в шихте, поскольку превышение концентрации 0,5 вес.% при-водит к вьгадению фазы примесной солй,а уменьшение концентрации примеси ниже 0,1 вес. % нецелесообразно, поскольку ведет к увеличению размеров модулятора. Модулятор эффективно работает без специального принудительного охлаждения с. частотой повторения импульсов в интер-. вале 12,5-100 Гц. Наработка составляет:.5510 импульсов без существенного изменения параметров модулятора. Начальноеоптическое пропускание модулятора на плине волны генерации составляет 55%. Энергия моноимпульса равняется 0,01 Пж, В режме свободой генерации энергия импуЛь="са равна 0,14 Пж. Длительность моноимпульса в режиме модуляции добротностипорядка 20-30 нс.формирование гигантского импульсанеошмового лазера длительностью порядка 20 нс наблюдалось также с помощьюпассивного модулятора, выполненного иэгамма-обйченного криствлла КС С - 5,содержащего центры окраски Е - типа.Модуляция добротности резонатора рубинового лазера, работающего в режимеодиночных импульсов на пляпе волны,0,694 мкм, постигнута с помощью пассивного модулятора, выполненного из легированного двухвалентным европием аппитино окрагенного кристалла КВг, содержащего преимущественно,Х - центры. Начальное оптическое пропускание равняется 45%, Энергия в импульсе составляет0,23 Йж в режиме свободной генерациии 0,02 Дж в режиме с модуляцией,доб ротностийлитепьность гиг антс кого импульса равняется 20 30 нс. Концентрациюпримеси в шихте берут иэ интервала0,1-0,8 вес. % Выход за пределы интервала нецелесообразен. Модуляция добротности резонатора рубинового лазерадостигнута кроме того, с помощьюадпитивно,окрашенных кристалловВВ Б -6 Р, 8 БВг - Гц, КСЕ Ваи КС 1 - СО, содержащих центры окраски Х - типа,Пассивная модуляция добротности резонатора неодимового и рубинового лазеров осуществлена также с помощьюадпитивно окрашенного кристалла Кб Вглегированного одновременно двухвалентными ионами европия и бария. В шцхтувводится по 0,1 или по 0,5 вес, %легирующих примесей, Спектр оптическогопоглощения такого кристалла содержиткак 2; - полосы, характерные пля европия, так и Е - полосы, характерные плябария, что и позволяет производить модуляцию добротности резонатора в пиапазоне длин волн необходимой ширины спомощью одного и того же кристалла.С помощью преплагаемого пассивногомодулятора осуществлена пассивная синхронизация мод рубинового, а такженеодимового лазеров. В качестве матери ала модулятора используются аппитивно игамма- окрашенные кристалы КС 6 - Са,КС 0 -рг и КСЕ - Ва с центрамиокраски Х - тина. Начальное оптическоепропускание кристаллов на длине волны9984374 10генерации около 50%, Наблюдалась доста- окрашенных щелочногалоидных кристаллов, точно устойчивая (веротность ъ, 30%), легированных,двухвалентными ионами картина синхронизации мод лазера. Рас- ЩЗ или РЗ металлов или комбинациями стояние между отдельными импульсами в етих ионов, способны обеспечить возмож- цуге порядка 6 нс, а длительность им ность управления диапазоном рабочих пульса -. порядка сотен пикосекунд, длин в пределах 0,6 3.,2 (мкм). ИспольКонцентрация примеси взята из области зование центров окраски прнмесной при- верхнего предела концентраций с тем, . роды позволяет увеличить концентрацию чтобы кристаллические пластинки имели . рабочих центров, по крайней мере на как можно меньшую толщину, что важно в 10 порядок по сравнению с прототипом и, случае синхронизации мод,так как кристалл следовательно во столько же раз умень- модулятора необходимо помещать и резона- шить аффективную длину модулятора.тор как можно ближе к одному из зеркал. Последнее. важно в случае синхронизацииТаким образом, испытания показали, мод или при использовании в резонаторах что пассивные модуляторы на основе. 15 малых размеров.Составитель Т. МанюковаРедактор А. Горькова Техред ИФГайду; Корректор А. ПовхФЕЕФЕЕ111111111Е1ФФВЕ11111111111ФЕФ 111Ф111Заказ 6631/3 Тираж 590 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо датам изобретений и открытий113035, Москва, Ж 35, Рашская наб., д, 4/5Ф11111ЕЕЕВЕЕЕЕЕЕЕЕ1111111ФЕЕ1111ЕЕЕ11ВЭФЕВЕФЕЭФилиал ППП фПатент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4