Справочник по электротехническим материалам. Под ред. Ю.В.Корицкого и др. Том 3 (3-е изд., 1988) (1152098), страница 174
Текст из файла (страница 174)
С увеличением концентрации хрома цвет кристалла меняется от бледнорозовою (.С 0,05 уаг Сг'+) до темно-красного ( кз 1 агаг Сгхт). Помимо этих полос в рубине имеется еще широкая полоса собственного поглощения в ультрафиолетовой области спектра вблизи 0,250 мкм. Однако квантовый выход люминесценции для этой полосы невелик. По коэффициенту поглощении или по оптической плотности В (Л=!9Фе/Ф, где Фе — интенсивность падающего; Ф вЂ” интенсивность прошедшего через кристалл света) в максимуме полосы поглощения обыкновенной волны при к=0,555 мкм возможно определять концентрацию ионов хрома в рубине. 7.778 $774 7,754 р,45йа 054 058 йа Р,И Рнс. 25.8. Спектральная зависимость показа- тели преломления п рубина / .
- алн наабыхнаненына луча; у — ллн ааыкна- асньага ау ~а ~а Тг оес Рис. 25.9. Дваграмма энергетнческих уровней ионов хрома в рубине прн 4,2 К и вероятности пере- ходов Рубин Щ~ б) де. 7,0 7,0 0,5 0,5 ((В 1,2 0,4 002 КЯ КО 05 о 0697 ОБ92 ОБ95 0694 0695 0696млм 0,6 мкм 0 Рис. 2590 Спектры поглощения (а) и люминесценции (б) рубина с содержаннем 0,05 ог6 СгтО~ (!! — падающий сваг параллелен оси с, 1 — падающий сает перпендикулярен осн с) Определение концентрации хрома по оптиче- ской плотности производится по формуле Ое,ххх + 00.700 б) а) Я,БЯ Я,БЯ О,О 0,0 Рис.
25.11. Параметры )1-линий люминесценции рубина: а — температурнаи зависимость положений максимумов Кп и Ртлиний люминесценции! б — зависимость ширины 9 плиний люминесценции и времени жизни метастабильного сосюяния БЕ от температуры; в — тонкая структура йплинии рубина при 4,2 К, обусловленная наличием различных изотопов хрома (вертикальные линии обозначают относительную распространенность и положение линий для отдельных изотопов хрома) Здесь С вЂ” концентрация хрома, (мас); Оюыз и Окгоа — значения оптической плотности, измеренные при к=0,555 и 0,700 .
мкм; ! — толщина кристалла, мм. Приведенная формула справедлива для поляризации света, перпендикулярной оптической оси с кристалла. Рабочим лазерным переходом в рубине является переход между уровнями 'Е и 'Ат. Вследствие расщепления уровня 'Е спектр люминесценции рубина при комнатной тем- пературе состоит из двух линий, которые обозначаются как )7п (переход Е- Аз) и )7т(переход 2А -~-тАз) линии с длиной волны 694,3 и 692,9 нм соответственно (рис. 25.!О, б). Поскольку нижний рабочий уровень 'Ат также состоит из двух подуровней, то каждая из Йп н Йх-линий, в свою очередь, является дублетом. Эга расщепление заметно лишь при низких температурах. С уменыпеиием температуры линии )71 н )7т сужакггся н сдвигаются в коротковолновую область спектра, как показано на рис.
25.!О, б и 25.11, а. Зависимость ширины )7плинии рубина от температуры представлена на рнс. 25.11, б. Ширина линии составляет прн 2К около 0,07 см ', при 77 К вЂ” 0,3 см ' и при Активные латериалы твердотельных лазеров [равд. 25[ 300 К вЂ” 11 см '. При низких температурах проявляется сверхтонкая структура линий люминесценции ((1 н Кг, определяемая изотопическим составам хрома: Сгы, Сгг', Сг" и Сгг', как показано на рис.
25.11, а. На рис. 26.11, б кривой 2 представлена зависимость времени жизни метастабильного отстояния гЕ ст температуры. В отличие ат большинства флюоресцирующих твердых тел, для которых время жизни монотонно растет с уменьшением температуры, для рубина эта зависимость имеет максимум. Уменьшение т при низких температурах связано с тем, что при Т ( 100 К уменьшение температуры приводит к заметному уменьшевию населенности уровня 2А и увеличению населенности уровня Е Результирующее время жизни т состоянии гЕ при этом падает, поскольку вероятность спонтанных переходов с уровня Е бодьше, чем с уровня 2А Уменьшение т при Т) 100 К определяется обычным температурным гашением люминесценции, связанным с увеличением роли безызлучательиых переходов. Квантовый выход люминесценции рубина в Л-ггиниях прн комнатной температуре составляет 65 ггю..70 егй, а при низких температурах близок к 1(К) агй.
Вынужденное излучение может быть получена как на Л,ч так и на Л -линиях. Однако почти все генераторы работают на Лслинни, поскольку вероятность перехода лля линии Лг балыпе, чем лля линии Лг, и время релаксации между уровнями Е и 2А очень мала ( ~ !О ' с). Коэффициент Эйнштейна Агг для перехода грг 'Аг равен 3 10г с '. Верояююсть безызлучательньж переходов 4Рг — ь гЕ и 4Р, 'Е довольно высока и составляет Ргг яэ гн 2 ° 10г с ' (тгггв5-10 'г с). При больших концентрациях атомов хрома (лв0,5 раг) в спектре люминесценции рубина появляются дополнительные, так называемые 5 с и Дгг- линии с длиной волны 704,1 и 700,9 нм.
Появление этих линий обусловлено взаимодействием между соседними атомами хрома. Конечные состояния электронных переходов, соответствующих /!с и гуг-линиям, лежат на 150 и 130 см ' выше основного состояния. Наиболее часто кристаллы рубина выращивают методом Вернейля и по методу Чохральского Для улучшения оптических качеств кристаллов применяют глубокий диффузионный отжиг до 1900'С в течение 24 ч и более. Однако существующая технология не обеспечивает получения кристаллов с высокой оптической однородностью и равномерным распределением хрома в поперечном сечении образца. В центральной части образ- ца концентрация хрома обычно меньше, чем на периферии, что привалит к появлению радиального градиента показателя преломления от 0,00001 до 0,0001.
Определенные успехи достигнуты в выращивании кристаллов рубина гидрстермальным методом. Кристаллы рубина сравнительно стойки к воздействию мощного излучения. Под действием лазерного излучения большой мощности, в первую очередь, разрушаются торцевые поверхности. Плотность пороговой мощности поверхностного разрушения рубина зависит ст длительности импульса, от дефектов и структуры торцевой поверхности. В диапазоне коргггких импульсов (т. г( 10 ' с) пороговая мощность поверхностного разрушения обратно пропорциональна длительности импульса.
Для длинных импульсов пороговая мощность не зависит ат т. „ и равна приблизительно 10' Вт/мм'. Для импульсов длительностью около 5.10 г с это значение равно 3 ° 10г Вт/ммг. Объемная радиационная прочность рубина значительно выше поверхностной и составляет 3.10" Вт/мм'. Лазерные рубиновые элементы изготовляются обычно в виде стержней, продольная ось которых составляет с оптической осью кристалла угол 90 нли 60'. Излучение, генерируемое в таких образцах, линейно поляризована с электрическим вектором, перпендикулярным пласкасг'и, в которой лежат оптическая ось кристалла и ось цилиндра, что обусловлено зависимостью вероятности пере- кода между уровнями гЕ и гАг ат полярнзапин излучения В образцах с нулевой ориентацией оптической оси излучение является непаляризованным, однако выращивание таких кристаллов связано с большими технологическими трудностями.
Активные элементы выпускаются диаметром 3,5...16 мм, длиной 45...240 мм и ориентацией оптической оси 60...90'. Рубиновые элементы изготовляются следующих типов: Р— рубиновый элемент с горцами под углом 90'! РП вЂ” рубиновый элемент с торцами под углом 90' с повышенной выходной энергией; РЛ вЂ” рубиновый элемент с лейкосапфировыми наконечниками с торцами под углам 90; РЛП вЂ” то же, что РЛ, но с повышенной выходной энергией; Р)Б(Р2Б) — рубиновый элемент с одним (двумя) торцом под углом Брюстера; РЛ(Б (РЛ2Б) -. рубиновый элемент с лейкосапфировымн наконечниками с одним (двумя) торцом под углам Брюстера.
Длина лейкосапфировых наконечников для элементов типов РЛ, РЛП, РЛ)Б, РЛ2Б выбирается из ряда 5; 20; 30 мм. Условное обозначение рубинового эле- (2 25.6) Актиеироеаниме стекла Таблица 25.б. Параметры рубиновых активных элементов мента включает в себя его тип, диаметр, длину рубиновой части и общую длину. Напри. иер, обозначение элемента с лейкосапфировыни наконечниками с двумя торцами под углом Брюстера диаметром 7 мм, длиной рубиновой части 75 мм и общей длиной 135 мм (длина наконечников по 30 мм) будет такое: РЛ2Б — 7 Х 75/135.
Технические требования к обработке поверхности активных элементов весьма жестки. Шероховатость цилиндрической поверхности элементов не должна быть ниже зуб. Непараллельность торцевых поверхностей не должна превышать 3" (для элементов типов Р, РП, РЛП), а их неплоскосгность — не более 0,15 мкм. Неперпендикулярность образующей к торцам для элементов типов Р, РП, РЛ и РЛП и к перпендякулярному торцу длн элементов типов Р1Б и РЛ1Б не докжна быть более 15'. Шероховатость торцевых поверхностей не должна превышать Чг 14, а чистота их обработки не хуже Р Ч по ГОСТ 1!141 — 64.
Средняя концентрация Сг'т, измеренная по длияе кристалла в радиальном направлении, должна быть в пределах 0,013,. ...0,036 ~~. Пузыри и иепроплавы размером свыше 0,2 мм не допускаются. Ориентация оптической оси кристалла составляет 60...90'. Оптическая однородность, характеризуемая изменением показателя преломления рубина в радиильиом направлении, не должна превышать: лля элементов Р, РЛ и Р!Б диаметром 5,2 мм Ал(1,5-10 з; для элементов Р2Б, РЛ1Б и РЛ2Б диаметром более 6,5 мм Ал(2,5.10 з! для элементов РП и РЛП диаметром 5,2 мм Ал(1,0 10 з, а для этих же элементов с Облыжны диаметром Ал( (~1,6 1О '. Параметры рубиновых активных элементов указаны в табл.
25.6. Наработка на отказ рубиновых элементов — не менее 100 000 вспышек в режиме свободной генерации. 25.6. АКТИВИРОВАННЪ|Е СТЕКЛА Наряду с кристаллами в лазерной технике широко используются активные среды на стеклянной основе с примесью различных редкоземельных элементов. К преимушествам стекол как лазерных активных материалов относятся: !. Технологичность, простота изготовления образцов больших размеров заданаой формы. 2.
Дешевизна сырья н возможность массового производства изделий с заданными н воспроизводимыми свойствами. 3. Высокая оптическая однородность образцов больших размеров. 4. Изотропиость свойств и однородность состава. 5. Возможность введения активатора в необходимых концентрациях с равномерным его распределением по объему. В то же время по сравнению с кристаллами стекла имеют и недостатки, к которым относятся: 1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
