Справочник по электротехническим материалам. Под ред. Ю.В.Корицкого и др. Том 3 (3-е изд., 1988) (1152098), страница 176
Текст из файла (страница 176)
Схема уровней энергии иона неодима, спектры поглощения и люминесцен- Марка стекла Характеристика Фирма <<Америкэн Оптикэль, США Фирма кСопнрэль, Франпия .Фирма еХойяэ, Япония Фирма «Шот<», ФРГ к Р о 6 В 3 кояпентрация )чбтэОЗ, ',б мас. Концентрация ОГО-+, х10 ~, см Температурный коэффициент линейного расширения к интервале < = 20...120'С п(.10т К Удельная тсплспроводносгь при 20 'С, В 7( К) Удельная теплосмкость лри 20 С, Джнкг К) Температур» отжига (вязкость И = Ю<э н. (мэ), 'с Теьшератпяза размягчения (вязкость т)=Ю' Н (р), С П<штность, г)см! Модуль упругости (Юнга), ГПа Ком)фициент поперечной деформации (Пуассона) Показатель преломления по лри )< = 0,589 мкм <и при а=1,06 мкм —.10е, К (прнЗО'С н Х 1,0бмк м) бк 4Т Фотоупру< не постоянные СГЮэ, эЛ С 1Оэ, смт/кг Диэлектрическая пранидаемссть при 20'С и У= 1 МГц Тангенс угла диэлектрических потерь при 20 "С п 1= 1 МГц Хиыическая стойкость — потеря массы н воде прп !00 С я течение 4 ч, % 3,31 3,174 98 2,0 1,9 86 ф +0,141 5,5 5.3 12! 2,0 1,96 113+ + 0,06< 3,0 4,7 3,0 4,56 111 + 88+ +0,05< +0,14< 1,11 1,4 91+ 4 Ю:,0151 1,63 2,0 99+ +0,09< З,б 4,60 5.7 3,1 3,04 105 1,0 0,9 108 5,0 4,6 !03 3,0 З,О 3,0 93 0,97 0,49 0,39 0,70 670 690 490 460 690 637 0,39 0,39 1,03 0,82 0.93 0,99 0,84 670 570 710 690 570 590 435 453 453 490 468 465 665 665 2,69 2,59 612 661 2,70 68,4 0,24 2,74 56,9 0,26 2,81 61,8 0,26 3,52 2,68 2,81 55,8 26 87,2 0,28 0,184 0,237 2,66 73,5 0,23 2„71 69,4 0,22 3,49 53,4 0,29 3,52 55,8 0,28 2,63 0,225 3,52 55,8 0,28 1,593 1,590 1,541 1,561 1,582 1.582 1.53! 1,550 ! .528 1,518 1,554 1,<27 1,538 1518 1,594 1,548 1,534 1,523 1,549 1,516 1,51 09 1,5010 1,51 96 1,5093 1,517 1„5067 1,51 99 1,5093 1,51 99 !,Я61 1,596 1,582 — 5,1 — 4,4 — 5„8 0,0 -2,4 — 2,2 1,0 3,7 1,0 З,б 7,1 1,5 3,8 8,0 1,0 3,6 6,9 2,8 3,9 1,2 3,6 8,2 2,1 4,0 16 24 15 0,81 0,6 0,63 0,3 0.3 0,15 0,4 Таблица 25.8.
Физико-химические и оптические свойства промышленных неодимовых лазерных стекол А кгиеироеанные стекла цв о,» о 1з2 1,0 о,в 0,4 о 1,2 10 О,В 0 0,2 б)4 ЯВ О,В 10 млм О 1,0 05 О 7,0 0,5 0 з45 05 00 О 7,0 1,0 0,5 0,5 О О 7зо 1,0 Оз55 0,5 00 б 7,00 7,0 0,5 0,5 0 0,2 5(5 0,4 0,5 О,В 0.7 О,в 0,9 мкм О Рис. 25.13. Спектры поглощении и люминесценции (заштрихованы) трехвалентных редкоземельных ионов в стеклах. Спектры люминесценции нормированы к единице е.ее 7,0 0,5 0 1,00 0,55 0 1,00 ции приведены на рис. 25.14.
Состояние 41згз янляешн основным. Спектр поглощеаия нона неодима в стекле состоит из большого числа сравнительно узких полос, обусловленных переходами с подуровней основного состояния ')згз на подуровни возбужденных терман. Наиболее интенсивные полосы поглощения расположены в области ОЛ мкм ('озтз, 'Ог7з, Кззтз), 0,58 ыкм ( Озди 'Озсз), 0,74 мкм ('Отта, звзм), 0,80 мкм ('Рззз, зНзгз) н 0.90 мкм ['гзгз)- Стекла. активированные неодимом, имеют характерную сиреневую окраску.
Люминесценцня ионов неодима а стекле проявляется при возбуждении в любой из полос поглощения. начиная от 0,9 мкм и короче. Она состоит нз четырех полос с длинами волн около 0,9; 1,06; 1,3 и 1,9 мкм. Спектр излучения представлен на рнс. 25.14, б (заштриховав). [разя, 25( Активные материалы твердотельных лазеров а) Ф ся 20400 20000 20500 20200 зУ 504 3 50 йу 3;50 ь та/г Уз/г Хт)/г го 5,20 20500 2, 0025400 2,УУ 21700 204 21500 ~~00 270000 2,50 20500 245 (0600 2', 50 50200 2,55 55600 218 77500 У, 07(УУУУ 1,02 74700 507 (5500 7,55 12500 545 1(520 0,70 0550 4 х тз/г 0,52 4240 0,27 22400 0 0 ~/з/г Рис.
25.14. Схема энергетических уровней Хб~т (а) и спектры (заштрихованы) поглощения и люмн- Для полосы 1,9 мкм мас Наиболее интенсивная полоса 1,06 мкм ('Узл-ч. -~-'Д от). Все полосы люминесценции обусловлены переходами с подуровней терма "Умэ на компоненты термов нижнего мультиплета 'К как показано на рис. 25.14, а.
Длительность люминесценции во всех полосах поэтому одинакова. Время жизни возбужденного состояния 4сэтт в зависнмскти от состава стекла, концентрации неодима н температуры изменяется ст 1 до 0,01 мс. Конечные состояния люминесцентных переходов 'Дыз', чужж и 4Дыэ обладают малыми т (як 10 т с). Опустошение этих уровней происходит в результате беэыэлучательных переходов. Из схемы уровней следует, что при всех излучательиых переходах система может работать как четырехуровневая. Терм '/цж находится достаточно высоко над основным состоянием (кк2000 см '), и поэтому лазер на Х= =1,05 мкм при комнатной температуре работает по четырехуровневой схеме. Тонкая структура спектров поглощения и люминесценции обусловлена штарковским расщеплением энергетических уровней.
Основ- Ут/г А/г йн/г гу / гбг/г "ж/г 40 гб г т/г кз/г г Ут/г, Уз/г гн„/г ~тз/г 4 4 /т/г~ Уз/г 4 г /з/гт Уз/г 4 Уз/г 6 25.5) Активпровамные стекла 87' ы/+мвж БО 40 70 70 8 Б 4 8 г 0,8 О,Б 0,5 8 0050 5 ! 7 (,О 7,7 мхм 0«5 Рб 070, !!17!5 У, несценцин (б) силикатного стекла при 293 К, актнвированного неодимом (5,53 ~б )чбзОз) (б). штаб увеличен в 100 раз ной терм расщепляется иа три подуровня с энергиями 0; 11О и 470 см '. Терм '!ы„имеет четыре подуровня с максимальным расщеплением 520 см ', а термы «)«зж и '!пзз — по два подуровня с величинами расщепления 340 н 400 см ' соответственно.
Метастабильный уровень 'Бззз расщеплен на два подуровня, шсзоящик друг от друга на !40 см Сравнительно большая ширина полос люминесценции и поглощения ионов иеодима в стекле связана с нерегулярным характером внешнего поля, действующего на ион активатора, обусловленным неупорядоченностью структурной сетки стекла. Поэтому в отличие от рубина полосы поглощения и люминесценции неолцювого стекла уширены неоднородно. В то же время между разнородными оптическими центрами неодимового стекла осуществляется резонансная передача энергии, выравнивающая относительную населенность метастабильного уровня для всех центров независимо ог спектральной ширины и длины волны возбуждающего света. Спектры поглощения и люминесценции неодимового стекла зависят ст температуры значительно слабее, чем спектры актнвированных кристаллов.
При уменьшении температуры от 300 до 77 К происходит сравнительно небольшое сужение и частичное разрешение структуры полос, а также изменение их относительной интенсивности. Интенсивность полос в максимумах поглощения увеличивается примерно вдвое при изменении температуры от 300 до 77 К.
Некоторые полосы в поглощении, например, полоса О,б!2 мкм, могут исчезать при понижении температуры. В интервале температуры 4,2...77 К спектры поглощения и люминеспенпии почти не меняются. Повышение температуры выше комнатной не вызывает существенных изменений спектров. Так, при увеличении температуры от 300 до 700 К коэффициент поглощения в максимумах полос уменьшается всего на 1О узз. Длительность возбужденного состояния иона неоднма также слабо зависит от температуры.
При понижении температуры от 300 до 77 К она несколько сокрашаетси (на 5... ... 1О % ), что связано с изменением числа частип на подуровнях терма «гззз- При повышении температуры от 300 до 500 К время жизни возбужденного состояния почти не меняется. Слабое влияяйе температуры на спектры поглощения и люминесценции связано с неоднородным характером их уширения для ионов неодима в стекле. Изменение состава стекол наиболее сушественно влияег на длительность метастабильиого состояния иова неодима. Наибольшей длительностью обладают силикатные стекла (гн10 з с). При переходе к фосфатным и боратньаи стеклам т уменьшается более чем на порядок. Длительность люминесценции прн изменении состава стекла изменяется в соответствии с шириной спектров.
При прочих равных условиях чем шире полосы поглощения и люминесценции, тем меньше длительность возбужденного состояния. При увеличении ионного радиуса щелочного иона — модификатора длительность люминесценции растет почти линейно. Соотношение между компонентами основы также влияет на длительность люминесценции. В калиевосиликатных стеклах, например, подобная зависимость имеет максимум, соответствующий составу К«0.43)О«. Зависимости длительности люминесценции в стеклах от раз- (раза. 25) г)ктиаиыа латерлолы твердотельных лазеров 5) с а) с () й,! 9,20,3 0,5 У,О 7,0 %(мак) 7 8475 й!РР й!75 й,!59 нн 0,33 0,08 ЗВ!О м 0,2 Рис.
25.15. Зависимости длительности люминесценции )Чбзт от: о — ионного радиуса щелочного иова-модификатора, для стекол ЙгО.З!Ог (2 сб КбгОз) (прямая 1) и ЗЗКз0.66,5 5!Ог (0,5 об)ЧдтОз) (прямая 2); б — концентрации неодима С в различных стеилах ! — в К,О 35Ю,; 7 — в КзО УЗЮи 3 — з иатриеэом силякате; 4 — з КгО.ЗОеОг. З вЂ” н баритовом кроне: с — з фосфатноя стекле; 7 — в боратиои стекле личных параметров представлены на рис. 25.15 В высококонцентрированном стекле его При изменении концентрации неодима от основной состав должен допускать введение 03 до !О об (мас.) интенсивность полос погло- высоких концеьтрапий неодима.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
