Диссертация (1098263), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Частотаследования импульсов варьировала от 10 до 60 кГц при изменении поглощенноймощности излучения накачки от пороговой (2.7 Вт) до 6.25 Вт (рис.5.19 в). Значениядлительности и энергии импульсов изменялись в пределах 5-8 нс и 4-5.25 мкДж,соответственно (рис.5.19 г).Моделирование работы микрочип-лазера на основебалансных уравнений показало вполне удовлетворительное соответствие расчетных иэкспериментально измеренных характеристик выходного излучения.Рис.
5.19. Оптические характеристики монокристаллов (Er.Yb):ИАБ.а-спектр поглощения в спектральной области около 1 мкм; б-выходныехарактеристики лазера в непрерывном режиме генерации; в-зависимостисредней выходной мощности и частоты следования импульсов от поглощённоймощности накачки; г-зависимости энергии и длительности импульсов отпоглощённой мощности накачки.Полученные результаты свидетельствуют о перспективности использованияактивной среды Er,Yb:ИАБ для создания на ее основе микрочип-лазеров для203применения в лазерных дальномерах, работающих в условно безопасном спектральномдиапазоне 1.5-1.6 мкм.Спектроскопические и лазерные свойства кристаллов (Er,Yb,Gd)Al3(BO3)4Установлено,чтовмонокристаллахгадолиний-алюминиевыхборатовнаблюдается сильная анизотропия поглощения, причем более интенсивной являетсяполоса σ-поляризации.
Спектры сечения поглощения кристалла Er,Yb:GdAl3(BO3)4(ГАБ) в спектральных областях 800–1100 нм и 1450-1650 нм представлены на рисунке5.20 а, б.Рис.5.20. а-спектр сечения поглощениякристалла Er,Yb:ГАБ длядвух поляризаций в спектральнойобласти 800-1100 нм;б-спектр сечения поглощениякристалла Er,Yb:ГАБ длядвух поляризаций в спектральнойобласти 1450-1650 нм;в-спектры люминесценциикристалла Er,Yb:ГАБ в областиоколо 1.5 мкм в поляризованномсвете.Спектры люминесценции в поляризованном свете кристалла Er,Yb:GdAl3(BO3)4в области 1.5 мкм, измеренные при комнатной температуре с возбуждением в областипоглощения иттербия, представлены на рисунке 5.20 в.
Полоса люминесценции в этойспектральной области соответствует переходу 4I13/2→4I15/2.Также было определено время жизни уровня 4I13/2 ионов Er3+. Возбуждение204люминесценции осуществлялось в области около 1мкм, в которой имеются полосыпоглощения обоих ионов: 4I15/2→4I11/2 иона Er3+ и 2F7/2→2F5/2 иона Yb3+.На основе спектроскопических характеристик проведен расчёт параметровлазера на кристаллах (Er,Yb):ГАБ и Yb:ГАБ. Определены оптимальные значенияпараметров фокусировки излучения, накачки и моды резонатора, толщины активногоэлемента и коэффициента пропускания выходного зеркала. Установлено, что в случае(Er,Yb): ГАБ при фокусировке излучения в пятно с диаметром 110 мкм, выходномзеркале с коэффициентом пропускания 5 % и активным элементом толщиной 2 мммаксимальная выходная мощность достигает более 500 мВт.
При использованиикристалла Yb:ГАБ фокусирование излучения в пятно с диаметром 120 мкм привыходном зеркале с коэффициентом пропускания 6 % и аналогичной толщинеактивного элемента приводит к повышению уровня максимальной выходной мощностидо значений более 1 Вт. По результатам проведенного моделирования, подготовленыстенды для лазерных экспериментовНа кристаллах и (Er,Yb):ГАБ и Yb:ГАБ получена лазерная генерация с диоднойнакачкой в непрерывном режиме.
Максимальная выходная мощность излучениясоставляла 780 мВт для (Er,Yb):ГАБ и 1.1 Вт для Yb:ГАБ на длинах волн 1531 и 1040нм соответственно.Кроме того, проведена оценка пространственного качества лазерного пучка.Показано, что профиль распределения интенсивности в поперечном сечении лазерногопучка является гауссовым, а параметр качества пучка генерации (М2) меньше величины1,2, что отвечает ТЕМ00 моде резонатора. Расходимость генерируемого излучения былаблизка к дифракционной.Таким образом, полученные кристаллы (Er,Yb):RAl3(BO3)4 (R-Y, Gd), выглядятдостаточно перспективными для создания лазеров с диодной накачкой в области 1.5мкм. Благодаря высокой интенсивности полосы поглощения в области 980 нм, а такжеэффективному переносу энергии от ионов иттербия к эрбию в качестве источниковнакачки можно использовать коммерчески доступные лазерные диоды в области около 1мкм.В случае неодим-алюминиевых боратов имеет место аномально слабоеконцентрационное тушение люминесценции, а коэффициенты поглощения в этихкристаллах на длинах волн накачки в области 808 нм достигают 120 см-1 [15].
Этопозволяет использовать их в качестве 4х-уровневой активной среды в дисковом лазереупрощенной конструкции с высокоэффективными функциональными параметрами, что205вполне реализуемо на синтезированных в ходе исследований кристаллах. Условия ихвыращивания приведены в таблице 25 Приложения.5.4. СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ КОМПОЗИТЫ НА ОСНОВЕ(Y,RE)(Al,Ga)3[BO3]4Стеклокристаллические композиты на основе редкоземельно-алюминиевыхборатов также привлекательны своими оптическими свойствами. В стеклах с базовымсоставом ИАБ и ГАБ позиции иттрия, гадолиния и алюминия частично замещалисьцерием и празеодимом (позиция Y и Gd) и скандием (позиция Al), а именно:Y1.97Ce0.03Al3(BO3)4,Y1.97Ce0.03Al2.4Sc0.6(BO3)4,Y1.97Ce0.03Al3(BO3)4+100%-ныйY1.99Ce0.01Al2.4Sc0.6(BO3)4избыток+100%-ныйизбытокB2O3,B2O3,Y0.91Ce0.09Al2.4Sc0.6(BO3)4 +100%-ный избыток B2O3, Y0.97Pr0.03Al2.4Sc0.6(BO3)4+100%-ныйизбыток B2O3 , Y0.97Pr0.03Al2.4Sc0.6(BO3)4, Y0.91Pr0.09Al2.4Sc0.6(BO3)4 , GdAl3(BO3)4(рис.5.21).абРис.5.21.
Стеклокристаллические композиты ИАБ.а - глазурь из опыта 2013; б - стеклокристаллические композиты из опытов2015–2018.В таблице 26 Приложения представлено общее число образцов, состав исходныхвеществ и условия получения боратных стекол заданного состава.Рентгенограммы стеклокристаллических композитов на основе ИАБ и ГАБсравнивались с “эталонными” рентгенограммами кристаллов YAl3(BO3)4 и GdAl3(BO3)4соответственно (рис.5.22).206Рис.5.22.
“Эталонная” порошковая дифрактограмма.а - YAl3(BO3)4; б - GdAl3(BO3)4.Для ИАБ-композитов можно выделить 2 типа рентгеновских спектров:типичные для аморфных веществ - без четких пиков и с интенсивными пиками,свидетельствующими о присутствии кристаллической фазы в стекле. Формированиетого или иного типа, как правило, зависело от методики подготовки шихты (спредварительным синтезом или без него). К первому типу принадлежат образцы 2014,2015, 2017, 2018, 2019 (рис.5.23 а). Рентгенограммы образцов 2006, 2013, а также 2030(аналогичный 2006) относятся ко второму типу (рис.5.23 б): пики интенсивностихорошо заметны, и часть их совпадает с пиками “эталонной” рентгенограммыкристалла.STOE Powder Diffraction System18-Mar-2011STOE Powder Diffraction System09-Mar-2011160.0(Range 1)180.0160.0(Range 1)140.0140.0120.0120.0Absolute IntensityAbsolute Intensity100.0100.080.080.060.060.040.040.020.020.00.010.020.030.040.050.060.070.02Theta0.010.020.030.040.050.060.0абРис.5.23.
Типичные спектры для стеклокристаллических композитов.а - первого типа (образец 2014); б – второго типа (образец 2030-1).У стеклокерамики ГАБ всегда70.02Thetaприсутствует четкий основной пик, а такженесколько неявных, характерных для кристаллической фазы (рис.5.24 а), в образце 2102также идентифицируется кристаллическая фаза: несколько хорошо заметных пиков,207частично совпадающих с пиками рентгенограммы монокристалла (рис.5.24 б).Рис.5.24. Рентгенограммы стеклокристаллических композитов на основе GdAl-бората.а - опыт 2085; б - опыт 2102.На ИК спектрах образцов 2014, 2015, 2017, 2018, 2019 наблюдаютсяинтенсивные полосы поглощения валентных колебаний иона BO3 в области 1380, 1240см-1 и деформационных колебаний этого иона при ~700 см-1, а также более слабыеполосы валентных колебаний иона BO4 на ~1090, 1030 см-1.
Подобная картина типичнадля боратных стекол (рис.5.25 а). В спектрах образцов 2006, 2013 и 2030 появляетсябольшое число полос во всех диапазонах: 1390 – 1270 см-1 (валентные колебания BO3),920 – 880 см-1 (валентные колебания BO4), в области 700 см-1 и при более низкихчастотах. Это свидетельствует о возникновении новых связей через общие атомыкислорода между треугольными и тетраэдрическими группировками, т.е.
о возможномзарождении кристаллической структуры (рис.5.25 б).абРис.5.25. Типичные ИК спектры. а - боратных стекол (образец 2014); б –стеклокристаллических композитов (образец 2006) - б.Сравнив ИК спектры монокристалла и стекол GdAl3(BO3)4 (образцы 2088,2082085 и 2102), можно отметить сходство в положении некоторых полос поглощения: вобласти 1375–1260 см-1, соответствующих валентным колебаниям изолированныхионов BO3, в пределах 830–670 см-1 – деформационным колебаниям этих ионов, а вдиапазоне 570–460 см-1 – трансляциям иона Al3+ в октаэдрическом окружении атомовкислорода (рис.5.26 а–в).абРис.5.26.
ИК спектры.а – монокристалл GdAl3(BO3)4;б – стеклокерамика (образец2085);в – стеклокерамика (образец 2102).вКроме того, в спектре имеются слабо выраженные полосы в области 1200 –900 см-1 , которые можно отнести к колебаниям тетраэдрических групп BO4. Данныесходства в спектрах могут свидетельствовать о зарождении микрокристаллов встеклообразной матрице.Врезультатеисследованиясинтезированныхстеклокристаллическихкомпозитов (образцы 2014 и 2019) при 20000-кратных увеличениях кристаллическиекластеры в стекле не обнаружены (рис.5.27 а).
На образцах 2013 и 2030 (рис.5.27 б)заметны полости, возможно, заполнявшиеся газообразными продуктами синтеза.209абРис.5.27. Поверхности стекол истеклокристаллическихкомпозитов при большихувеличениях.а - образец 2019; б - образец2013; в - образец 2102.вПоскольку в образце 2013 состав стеклообразной матрицы отличается отсостава вещества в полостях, то можно предполагать о возможном образовании в нихкристаллической фазы, что требует соответствующей разрешающей способностиаппаратуры.***Таким образом, в этом разделе показано, что р.з.-хромовые боратыRCr3(BO3)4, где R=La-Nd,кристаллизуются в моноклинной пр. гр. С2/с.
Бораты сR=Sm-Er в зависимости от условий кристаллизации могут формировать какромбоэдрические (пр.гр. R32), так и моноклинные (пр.гр.С2/с) фазы. при отношениикристаллообразующеговеществакрастворителю1:1(мас.доли)устойчивыромбоэдрические фазы, а в случае 1.5:1 – ромбоэдрические с вростками моноклинногополитипа. При их отношении 2.3:1 образуются моноклинные (Sm, Tb, Dy, Ho)иромбоэдрические (Eu, Gd) соединения. У EuCr3(BO3)4 и GdCr3(BO3)4 при всехсоотношениях бората и растворителя и во всем исследованном температурноминтервале стабильна ромбоэдрическая модификация, тогда как в случае Y и Tm-Lu этифазы не образуются.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
