Активный материал для оптических квантовых генераторов

Активный материал для оптических квантовых генераторов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОЛИСАНИЕ 646401

КЗОБРЕТЕЙИЯй АВУОРСМОМУ СВИДБТИЛЬС7ВУ

° > ° с ь-. (61) Дополнительное к авт. свил-ву г (22) Заявлеио20.09.76 (21) 2407044/18-25 (51) М. Кл. с присоединением заявки №(23) ПриоритетН 01 5 3/16

Гавудерствааньб иааф

СССР ю делаи ам5 тааиа а атон!пай

Опубликовано05.02.79,Бюллетень Х. 5

Дата опубликования описания 08.02. 79 (53) УДК 621,375.

° 8(088.8) (72) Авторы изобретения

П. Г. Варанов, Ю. П. Вещунов, Р, A. Житников и H. Г. Романов

Ордена Ленина физикотехнический институт, им. А. Ф. Иоффе AH СССР (71) Заявитель (54) АКТИВНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ОПТИ -1ЕСКИХ

КВАНТОВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

Йзобретение относится к области квантовой электроники.

Известны щелочно-галоидные кристаллы с F центрами. F центр представ.ляет собой электрон, локализованный в области вакантного узла решетки, в ко тором отсутствует ион галоида (Ц .

Известны также щелочно-галоидные кристаллы с центрами окраски, котовые представляют собой FA(NI центры(2).

F A центр представляет собой F центр, рядом с которым находится примесный ион другого щелочного металла, F A (П) центр относится к случаю, когда примесным ионом является и .

Недостатком лазера на FA (П) центрах является то, что они способны пе рекрыть диапазон только от 2 до Зр .

Кроме того, при возбуждении в полосы поглощения Рд (П) центров происходит переориентация центров, что приводит к значительному ослаблению поглощения света и уменьшению коэффициента преобразования энергии. Поэтому необходимо ориентировать кристалл особым образом по отношению к поляризации луча накачки, что снижает эффек» тивность использования его активных центров, так как при этом только часть (менее 40%) F A (II) пенчев используется в работе лазера.

Кристаллы с F А (П) центрами нв могут храниться длительное время при комнатной температуре, поскольку F А

10 (П) центры при этой температуре разрушаются. Поэтому каждый раз перед работой лазера необходимо заново создавать F А (П) центры в кристалле с помощью рентгеновского облучения.

Oem предлагаемого изобретения получение новых рабочих частот генерации и расширение диапазона перестраиваемых частот. ,Цля этого в качестве активного материала выбран щелочно-галоидный крио О сталл с Ag „центрами, причем Ag центры рабочего кристалла ориентированы вдоль одной as кристаллогвафичес

646401

3 ких осей четвертого порядка. А

Ф представляет собой атом Ag, находящий:ся в катионном узле щелочно-галоидного кристалла, рядом с которым находится анионная вакансия. 5

В щелочно-галоидных кристаллах, о. содержащих Ag>: центры, при возбуждении в длинноволновую полосу поглощения этих центров наблюдается интен сивная люминесценция в инфракрасной облас ги в диапазоне от 1 до 2 . Квантовый выход люминесценции близок к единице. Время жизни в возбужденном релаксированном состоянии порядка 10 сис, чтр позволяет легко создавать в этом состоянии инверсную населеннос гь отйосительно нерелаксированного основ» ного состояния. В результате может быть получено стимулированное излу чение в области длин волн от 1,3 до

2,3p .

На.фиг, 1 представлены энергетические уровни Ag центров; на фиг.

2 изображена схема перестраиваемо;го твердотельного лазера с оптической

b накачкой на кристалле с Ag центрами; на фиг. 3 показаны две оптические полосы поглощения 2< и Э Ад. центров в кристалле, КС((1) и наведенный линейный дихроизм, наблюдаемый в этих полосах.

Схема энергетических уровней и оптических переходов для Ag öåíòðîâ, поясняющая работу лазера, показана на фиг. 1. Здесь имеется один релакси35 рованный уровень В, на который безиз лучательно переходят электроныг> возбуждаемые светом накачкй в й, или 13 полосы. С уровня В электрон переход сначала в основное нерелаксированное

40 состояние С (при этом лазер излучает) а затем безизлучательно в основное состояние А. Время жизни в состояниях — 42

З и С порядка 10 сек, время жиз7 45 ни на уровне В 10 сек. Таким образом уровни Х), В, С и А образуют высокоэффектйвнуючетьгрехуровневуюсистему для работы лазера с оптической накачкой.

Для создания инверсной населеннос ги между уровнями не требуется большой мощности накачки, так как населенность уровня С близка к нулю.

Перестраиваемый твердотельный лазер с оптической накачкой (фиг. 2) содер5S жит рабочий кристалл 1 с Афг. центрами, о представляющий собой пластинку толщиной 1 — 2 мм, выколотую вдоль плоскосф

Ф тей (lOO), перестраиваемый резонатор, состоящий из входного зеркала 2, отражателя 3, дисперсионного элемента 4, выходного зеркала 5, источника.

6 света накачки, собирающей линзы 7 и криостата 8. В качестве источника

6 оптической накачки используется ка1дмиевый лазер с длиной волны 4440 А.

Луч лазера через собирающую линзу 7 и входное зеркало резонатора 2 попадает на рабочий кристалл 1. Входное зеркало

2 должно иметь высокий коэффициент отражения В " 100% на длинах волн люминесценции Ag центров в диапазоне 1,3 - 2,3Р и большой коэффициент пропускания (T > 80%) для длины волны света накачки 4440 A. Рабочий кристалл 1 орйентирован таким образом, что ось (100) кристалла лежит в плоскости чертежа. Вектор поляризации луча, накачки также лежит в этой плоскости.

Кроме того, рабочий кристалл ориентирован под углом Врюстера к направлению луча накачки. Вывод излучения из резонатора производится через выходное зеркало 5, которое должно иметь коэффициент отражения Я 95% на длине волны излучения.

Светом накачки 4440 A А центры возбуждаются в длинноволновую полосу поглощения 2 (фиг. 3).

Там же приведена линия излучения кадмиевого лазера. При оптической накачке в Э пинию наблюдается люминесценция в инфракрасной области., Полоса люминисценций А „центров кристаллахKCt находится в пределах

1,3 -1,8/, МС1 — 1,4 - 2,0,Ф

КВг- 1,5 — 2,2 ig KC6: К,1 - Г,52,3,/ .

Таким образом лазер на щелочноо галоидном кристалле с Ag центрами позволяет получить новые рабочие частоты генерации в диапазоне длин волн от 1,3 до 2,3P > тогда как у лазера на. щелочно-галоидном кристалле с F (11) центрами Х генерации Р 2„, Кроме того, поскольку полоса лю 0 минесценцЪи А центров (0,15 эв) примерно в два раза шире, чем у Fg (11) центров (0,06 эв), диапазон перестройки предлагаемого лазера также примерно вдвое шире.

В отличие от FA (11) центров Ag< центры могут быть выстроены вдоль одной из кристаллографических осей

G„, что превышает вдвое коэффициент преобразования энергии, так как это

5 64640 1 б позволяет испольэовать более 80 7 Ад" нб-галоидного кристалла с центрами центров в работе лазера (вместе при- окряски, о т л и ч а e m и и с я тем, мерно 40% для Fg {II) центров). что, с целью получения новых рабочих о

Рабочий кристалл с Ag центрами г частот генерации и расширения диапазона может храниться при комнатной темпе- 5 перестраивяемых частот, щелочно-гало ратуре в течение длительного времени "идный кристалл содержйт Ag центры.

F (не менее двух лет), тогца кяк рабочий 2. Активный материал по и. 2, о ткристалл с ТА (II) центрами необходи- л и ч а ю шийся тем, что А ценF ,ло каждый раз изготовлять заново. тры щелочно-галоидного кристалла ориен10 тированы вдоль одной иэ кристаллограРабочий кристалл предлагаемого ла- фических осей четвертого, порядка. зера прост в изготовлении, имеет малую Источники информации, принятые sn стоимость. внимание прь экспертизе .

1. Кац М. П. и др. Оптические кванI5 товые генераторы, Саратов, СГУ, 1964, Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я с. 325.

Z.I..F. МоИ е нове г, В.Н. Ой вон Br о1. Активный материал для оптических цЖ tunable Lasers,using condor сепквантовых генераторов на основе щелоч« ters" З.АррС.РЬов.46,1975, 3$O9. г

646401

Уу

fz о фМ Риг. Я

Составитель О. Исаев

Редактор Б. Павлов Техред Н, Бабурка Корректор В. Куприянов

Заказ 123/43 Тираж 922 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР ло делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4