Справочник по электротехническим материалам. Под ред. Ю.В.Корицкого и др. Том 3 (3-е изд., 1988) (1152098), страница 173
Текст из файла (страница 173)
Дпя улучшения согласования спектра излу- чения истОчника накачки со спектрами активного поглощения таких кристаллов применяют метод сеисибилизации активных диэлектриков. Метод сенсибилизации заключается в добавлении в кристалл основы наряду с ооновными активными иовами напав другого вида, называемых сеиснбилизаторамн, раль которых заключается а поглощении энергии возбуждения в широком спектральном диапазоне н передаче ее основным ионам.
Добавление сенсибилнзаторов приводит к расширению эффективной полосы накачки и к повышению эффективности лазера. Передача энергии возбуждения от сенснбилнзатора к основному иону мажет осуществляться различным образом, а именно — путем реабсарбции излучения иона сенсибилизатара ионом активатора, путем резонансного взаимодействия ионов„ по каскашюй схеме и др. Во всех случаях передача энергии ат сеисибилизатора (называемого также донором) к активатору (акцептору) будет наиболее эффективна при совпадении [резонансе) соответствующих энергетических состояний.
Сенсибилизаторами могут служить не только один или несколько ионов, специально вводкмых в матрицу, но и ионы, входящие в состав основного вещества. Например, а лазерах на основе ЕгьО44Тпз+ и СерзгНдз+ ионы Егь+ и Се т, которые входят в основу кристалла, перепают энергию возбуждения Тп" 4 и 1(дза соответственно. В табл. 25.4 представлены активные среды, в которых использовался эффект сенсибилизации. Сенснбнлизация будет эффективной талька в том случае, когда скорость передачи Активные материалы таердотельлыз лазеров Основной ион-акти- ватор Сенснбилнзатор Матраца-основа К йье Сев+ Сгь+ ! Н)ь»- Ов+ 1 )хбьч Стекло; Сарв; У»А1ьОп; 1ц»А1»О»ь Стекло Стекло; Уьд!»Оп Стекло уЬ»+ Сгь+ У»А(ьОп) ТА!0» У»А!ьОп; УА1О»! Егд!О»! Ег»А1»Оп! Ув.»Егвл»АВО»з; СаМоО»; СаГи — Егрв,' Етые»; ХгОв — -Ег»О»1 а-ЫаСаЕгрь У»А1»Оп! (УЬ, Ег)»А)ьОп Тпь~ Егь+ Уьь++Ег + О 13" Т ь+ 11УГ» Егьа Ва (УьмЕгьл) Рь Сгв+ ! У!вь+ Нов~ у(,в-в Егв+ Стекло Сарв — Егрь — Норв У»А1»Овв; УЬзА(ьОп рунда, а нескольио смещенным вдоль тригональной оси (рнс.
25.6, б), следствием чего является возникновение напряжений и структурных искажений, возрастающих с увеличением концентрации хрома и приводящих к понижению симметрии кристалла. Зависимость параметров решетки а-корунда от температуры предстанлена в табл. 25.5, а основные его физнко-химические свойства см. в табл. 25.1. Кристаллы рубина обладают высокой химической стойкостью, слабо растворимы в воде, очень слабо растворяются в кипящей азотной или ортофосфорной кислотах. Хорошо растворяются в бисульфите калия прн Т » 450 'С и в буре при Т) 800 'С. Избирательное травление различных плоскостей корунда и рубина производится следующим образом.
Травление бурой при 1000'С выявляет дислокации па плоскостях (1120). Ортофосфорная кислота прн 320 'С выявляет дислокации на плоскости (000!), а при 375 'С вЂ” дислокации на плоскостях (! О! 1) Химическая полировка производится бурой при температуре не ниже 1000'С, при этом полируютсн все плоскости. Ортофосфорной кислотой при 420 'С полируется плоскость (0001). Зависимость удельной теплоемкости а-Л1»О» от температуры с точностью -в- 2 5р» может быть представлена в виде с=!072,7+О,!8027 —. 2985.!0»Т"в. Зависимость температурного коэффициента линейного расширения от температуры в диапазоне 300...900 К параллельно оси с: а»в=0,6582 10 в+ 0,4995 10 зТ4 -)-0,2578 10"'пТ' энергии от иона-сенсибилнзатора к иону-активатору будет превышать скорость дезактивации верхнего рабочего уровня.
Выполнить это условие бывает непросто. Наиболее успешные результаты е этом направлении получены на гадолиний-скандий-галлиевом гранате с хромом и неодимом (ГСГà — Сг'+, Иб'+). 25.5. РУбИН Рубин представляет собой кристалл оксида алюминия, в котором часть атомов алюминия изоморфно замещена атомами хрома (Л!»О»»Сгз+).
В прироле А1»0» встречается как в виде чистых, прозрачных кристаллов, называемых а-корундом, так и окрашенных благодаря наличию в них примесей: желтый (железо, никель, тантал, уран), синий (титан), красный (хром), зеленый (кобальт+ + ванадий). В лазерной технике обычно используется бледно-розовый рубин с содержанием крома около 0,05 егьг, что соответствует 1,6.!О'ь ионов Сг'~ в 1 см'. Кристалл рубина обладает ромбоздрической симметрией, пространственнан группа Вы или (23с.
Ось симметрии третьего порядка совпадает с оптической осью кристалла — — осью с. В а-корунде каждый ион алюминия Л!в~ находится в окружении шести ионов кислорода О' ', образующих октаэдр (рис. 25.6, а). Окружение иона кислорода составляют четыре иона алюминия, которые образуют тетраэдр. Радиус иона хрома (0,065 нм) несколько больше радиуса иова алюминия (0,057 нм). Поэтому прн замещении алюминия хромом параметры решетки а и с увеличиваются и ион хрома оказывается не в центре октаэдра ионов Оь решетки ко- [равд.
25) Продолзкев»ие табл. 25.4 [4 25.5) 637 Рубая Сг Р Р ы й Сг п 1Б"ГРгэСг* /смз й( Р о л 4,474Внм Р Рис. 25.6. Кристаллическая структура рубина: а — структура А) Оя б — строение элементарной ячейки кристалла рубина (справа приведены обозначения соответствующих групп атомов) Вг м)( УРРР 1Р й)Р (РРР )( Рис. 25.7. Температурная зависимость коэффициента теплопроводности к кристаллов а- корунда и перпендикулярно оси с: аж=-0.5425.10 х+0,5538 10 еТ— — 0,2878. 10 и Тт Коэффициент теплопроводности кристаллов и-корунда очень высои, и в его зависимости ог температуры наблюдается максимум вобласти Т= — 40К (рис.
257). При температуре жидкого азота коэффициент теплопроводнасти а-кирунди превышает даже теплопроводность мели. Спектральная зависимость показателя преломления чистого корунла может быть представлена формулой А~Хе Агд' Азйз ' — х--:хт+ г — ц+ !.— где )ч= — -0 06!44821 мкм; хе=О,!106997 мим; аз = 1 7 92656 мкм; Л ~ = 1,023798; Ах = 1,058264 и Ах= 5.280792.
Поскольку кристалл рубина оптически анизотропен, то его показатель преломления зависит от поляризации излучения. Дисперсия коэффициента преломления л (х) для обыкно- венного и необыкновенного лучей в рубине с концентрацией Сгзб га 0,05 ой, представлена на рис. 25.8. Величина двойного лучепреломлення, т.е. разница коэффициентов преломиения для двух поляризаций, почти не зависит от длины волны и равна 0,008. Зависимость коэффициента преломления от кон!!ентрации хрома в А)хОз приблизительно линейная. Увеличение содержания хрома на 1 ей приводит к увеличению коэффициента преломления для обынновенного луча примерно на 0,005.
Диаграмма энергетических уровней ионов хрома в рубине представлена нв рис. 25.9. Так как лля ионов Сгз+ характерен случай среднего кристаллического поля, то энергетические уровни Сг'+ в А)еОх существенно отличаются от уровней энергии свободных ионов Сгч+. Основное состояние — нижний энергетический уровень 'Ат расщепляется кристаллическим полем решетки на два двукратно вырожденных подуровня с расстоянием между ними 0,38 см" '. Состояние 'Е является метаствбильным и при комнатной температуре имеет время жизни 3 мс. Уровень 'Е состоит также из двух двухкратно вырожденных подуровней с расстоянием между ними 29 см Излучение накачки поглощается рубином в двух широких полосах, соответствующих переходам активных атомов из основного состояния 'Лх в состояния ~Е~ и чрз. Максимумы полос поглощения расположены при 0,410 и 0,560 мкм соответственно, а ширина каждой из иих составляет около 100 нм.
Коэффициент поглощения зависит от направления распрошранения света по отношению к оптической оси кристалла, как показано на рис. 25.10, а. Красный цвет кристаллов рубина определяется как раз налнчнем широ- [равд. 25) Активные материалы твердотельных лазеров Таблица 25.5. Зависимость параметров решетки и-коруида от температуры Параметры решетка Параметры решетки Теынепатура Т, 'С емпература Т, 'С с, ны а, нм 6!О 770 980 1.3011 1,3028 1,3056 1,2957 1,2982 1,2995 0,4763 0,4775 0,4784 0,4748 0,4757 0,4762 20 320 440 ких полос поглощения в синей и зеленой областях спектра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
