Справочник по электротехническим материалам. Под ред. Ю.В.Корицкого и др. Том 3 (3-е изд., 1988) (1152098), страница 177
Текст из файла (страница 177)
Для этого в щения подчиняется закону Веера (коэффи- качестве основных оксидов вместо обычно исциент поглощения пропорционален концентра- пользуемых оксидов щелочных и щелочно-эскин активных центров). Форма и полушнрина мельных металлов были использованы оксиды полос поглощения и люминесценции при изме- типа ЗсгОз, УгОз, 1.агОз, ОбгОз. Размеры ионов ненни концентрации з этих пределах сохраня- Матт близки к замещаемым им ионам Зс, У, ются неизменными, за исключением полосы Еа и Йб, и поэтому введение в состав стекла люминесценции 0,9 мкм, которая искажаегся большогоколичестваКбэОз (до2075) иеприв результате резонансного поглощения, воз- водит к нарушению его структуры.
растающего по мере увеличения концентрации На активных элементах из стекла КНФС Нбгт. длиной 70 мм и диаметром 6,3 мм в режиме Длительность люминесценции при увели- свободной генерации был достигнут абсолютчении концентрации неодима уменьшается, что ный КПД, равный 6.3.+-0,25 Зш и дифференобусловлено концентрационным тушением. циальныйКПД вЂ” 84~035 33 вобластиэиерОптнмальиая концентрация НдгОз поэтому в гий накачки до 20 Дж. обычных стеклах не превышает 1...3 агьг (мол.).
Спектр индуцированного излучения в сгекНедавно были созданы высококонцентри. лах шире, чем в кристаллических матрицах. рованные лазерные фосфатные стекла типа При повышении уровня накачки число линий, КНФС, в иоторых концентрапионное тушение на которых происходит генерация, возрастает было слабым вплоть до концентраций 2.10м см ' и общая ширина спектра увеличивается до 5... ионов Нб'+. ...!О нм. При 4...5-иратном пренышении энергии Основные характеристики высококоицентрироаанного лазерного стекла КНФС Концентрация неодима Нб~+.
см '.................. (3 !О" Температурный коэффициент линейного расширения, К '......... 8~1-10 ' Плотность, гУсмз......................... 2,85 Показатель преломления: ло (к=0,589 мкм)....................... 1,555 г)л!г)т, К '......................... — 1,3-!0 ' Длина волны генерации на переходах, мкм: Рзгг-~ Л ыг ° ° . ° ° ° ° ° ° ° ° ° °............ 1,0540 Рзгт — > Лагг ° .. ° ° . ° ° °... -............ 1,3225 Люминесцентное время жизни метастабильного уровня неодима г Кзгг прн концентрации иеодима, мс: ~10гг см 3 1О" Пиковое поперечное сечение лазерного перехода "Рзгя г1цгь см'.
Химическая стойкость, гэ . (э 25ч.б! Акгивирозаннью сге а 649 накачки над пороговой ширина спектра стремятся к иасьпцеиию. Большая ширина спектра люминесценции позволяет использовать стекла лля генерации и усиления мощных сверхкоротких (пикосекуидвых) импульсов света в режиме синхронизации мод. На активных элементах длиной около 1 м получены световые импульсы пико- секундной длительности мощностью более 10м Вт и энергетической светимостью более 1О" Вт/ (см'. К) при угле расходимости светового пучка на уровне 40 икр ад. Поэтому важной характеристикой лазерных стекол является их стойкость к мощному оптическому излучению.
Разрушение стекол лазерным излучением может быль вызвано тремя осяовными причинами: 1. Поглощение света остаточными примесями, микровключеииями в объеме и иа поверхности стекла, приводящее к локальному разогреву, термоупругим деформациям и растрескиванию активного элемента. Пороговая энергия разрушения здесь зависит от качества стекла и для импульсов длительностью около 30 ис составляет 5...20 Дж/см'.
2. Объемное разрушение активного элемента, вызвавное эффектами самофокусировки, приводящими к образованию плазмы и нитевцциых областей разрушения. Для импульсов с тяэ30 ис эффект самофокусировки в стеклах начинает заметво проявляться при плотностях энергии иа уровне 100 Дж/смч, в результате чего в «шкуре» происходит локальиая концентрация эвергии до уровня 1000 Дж/см', определяющего порог объемного разрушения стекла ( га 3-1Оп Вт/сы'). 3. Поверхностное разрушение, порог которого может быть доведен до 100 Дж/см' при т=30 ис, обычно составляет 20...50 Дж/смэ. Спектрально-генерационные характеристики некоторых иеодимовых лазерных стекол представлены в табл.
25.9. В стеклах, как и в кристаллах, для расширения спектральиой области поглощения наряду с активаторами вводят и сенсибилизируюшие примеси (см. табл. 25.4). Особенво важна сенсибилизация для стеклянных лазеров с Ег'+, где оиа может осуществляться ионами УЬ'+ и Сг'+. В силикатных стеклах сенсибилизация иоиами хрома оказалась малоэффективной. В фосфатных стеклах, легированных УЬ'+, Ег'" и Сгз+, наблюдается эффективная передача возбуждения Сг'+ — «Иг'ч -ь -ьЕгзч. При этом полосы поглощении ионов Сг и УЬ захватывают почти весь спектр излучения ламп накачки от 0,4 до 1,0 мкм, как показаио на рис. 25.16. Стекла, активированиые иеодимом, разделяются на категории и классы по следующим паиаэателям качества". а) по коэффициенту ие- ~4 Цб /)8 /б меч Рис.
25.16. Спектры поглощения и люминесценции Сг — УЬ вЂ” Ег-стекла в области 0,3... ...1,1 мкм. Пунктирной линией изображен спектр люминесценции ионов Сг'+. На энергетической диаграмме прямыми линиями кзображеаы чзлучзтельные, а волнастмии— беэызлучательиые переходы активного поглощения иа длине волны генерации; б] по пузыриости и в) по инородным твердым включениям.
Первой категории соответствует коэффициент неактивного поглощеиия менее 2 1О з см ', а третьей категории — меиее610 'см Классификация лазерных стекол по категориям и классам пузырнасти проводится по ГОСТ 3514 — 76. Определение пузыриасги и содержания инородных включений производится по ГОСТ 3522 — 81. Неодимовое стекло для лазерных активных элементов выпускается в заготовках, имеющих форму стержней прямоугольною или круглого сечения, и в виде прямоугольных пластия.
Заготовки и плиты иеодимового стекла подвергаются тонкому отжигу. Двойное лучепреломление в них ие должно превышать 3 им/см при длине заготовки или пластины в направлении просмотра не менее 300 мы, и не более б им/см— при длине в направлении просмотра ие менее 600 мм. Типы и размеры активных элементов из неодимового стекла для лазеров устанавливаются стандартом ОСТ 3-31 — 70: элементы круглого сечения с торцовыми плоскостями, расположенными под углом 90' к оси,— ЭНП-90; то же с торцовыми плоскостями, расположенными под углом 9=85...87' к оси,— ЭНП-~р', то же с торцовыми плоскостями, расположенпыми под углом Брюстера к оси,— ЭНП-Б; элементы прямоугольвого сечения с торцовыми плоскостями, расположеииыми под углом 90' к оси,— ЭНП-90; то же с торцовыми плоскостями, расцоложенными под углом ф= =85...87' к оси,— ЭНПчу'. Указывается значение угла ф а градусах.
Активные материалы твердотельных лазеров [равд. 25) 650 Габлица 259. Спектральио-геиерацяоииые характеряствкв промышлеммых лазерных стекол Марка стекга Характеристика ГЛС-7 ГЛС-9 ГЛС-21 ГЛС-22 ГЛС-! ГЛС-3 ГЛС-0 ! 061 1060 1060 1060 1055 1055 35,0 35,2 37,2 37,1 28,6 28,6 610 525 1050 1050 1,5 1,3 3,6 3,6 1,4 0,57; 0,74 0.49 0,42 0,58; 0,78 0,4 0,50; 0,6! 0,425 0,73; 0,74 0,25 0,48 0,31 Продолжение табл. 25.9 Марка стекла Характеристика ГЛС-23 ГЛС-24 1055 1055 ЕНО-5 СВСз-9!Н 1056 1062 ЫВ-2024 ССг-630 Ы5-0835 913 28,6 28,6 25,2 18,6 22 ! 050 ! 050 3,6 3,6 0,60 0,44 0,30 0,57 0,65 0,70 0,64 з)лика волиы максимума люминесценции ва перехОде 'гатт-г')ззгг, Х им Эффективиая ширина полосы люмииесцеицик ~гага-з Л ыг.
Гза км Вероятность излучательного перехода Рз/г-ь )зыг, с Пиковое поперечвое сечеиие лазериого перез р 4! 10-'з смг Квантовый выход люмииесцеиции Время жвзви состояиия 'гз г, мс Лзтииа волны максимума люмииесцеиции иа переходе 'Езтт-гЧигг. Х им Эффективная ширина полосы люмииесцеиции зр з! 71)з вм Вероятность излучательиого перехода зрзгз-ьЧзиг, с Пиковое поперечное сечение лазерного перехода з„зд-~-з(ига. !О ы см' Квантовый выход люмвиесцеиции Время жизни состояния 'гз г ме Полное обозначение активиого элемента из иеодимового стекла состоит из обозиачевия типа элемента с указанием в скобках его размеров (размера диаметра или сечения иа длииу в мм). Например, активный элемент круглого сечения с торцовыми плоскостями под углом 90' к его оси, диаметром 8 мм и длииой !ОО мм обозначается: ЭН1(-90 (ВХ!00).
Торцы активных элементов обрабаты- ваются под плоскость. Отклоиеиие от плоскостности ве должно превышать 0,1 ивтерфереициоииой полосы иа диаметре 1О мм, мествые ошибки ие более О,! полосы. Чистота обработки торцовых поверхкостей — У класс по ГОСТ 11141 — 84.
Допустимая иепараллельность торцов ие более 10" для элементов с торцами под углом 90' к оси (элемекты типа ЭНП-90 и ЭНП-90) и ие более 2' — для элемеи- [4 25.7) Ь-гмлэжеаня 25.7. ГРАНАТЫ с лллажалли тов с торцами под другими углами (элементы типов ЭН11-Б; ЭНГ(-йл ЭНП-гр). Применение гранатов в современной квантовой электронике существенно расширилось, что объясняегси удачным сочетанием их механических, теплофизических и оптических свойств. Этот класс материалов представляет более 30 различных по составу кристаллических матриц, лазерные свойства которым придают два иона группы железа (Сг'+ и Н('+ ) и шесть редкоземельных ионов (Хдз+; Пуз+; Но'+; Ег'+; Тш'+ и УЬз+).
Гранаты криствллизуются в кубическую структуру (пространственная группа /айг(, точечная группа от). Катионы располагаются з трех подрешетках с различной координацией по кислороду. Общая формула гранатов [Аз) [Вз[ (Сз) О~з, где фигурнымн скобками обозначены додэнаэдрические позиции, квадратными — октаэдрнческие и круглыми — теграздрическне положения катионов в структуре. Обладая удовлетворительными физико-химическими свойствами (см. табл.
25.1), кристаллы гранатов имев т важное преимущество перед другими классами лазерных кристаллов, заключающееся в наличии трех различных по размеру кристаллографических положений для катионов в структуре граната. Это дает возможность в широких пределах изменять химический состав как самих матриц, так и легируюшнх добавок, позволяя тем самым создавать матрицы с необходимыми спектральнолюминесцентными харангеристинами. Наибольшее значение кан активный лазерный материал получил иттрийалюмнниевый гранат УзА!зО~з, легированный неодимом (УАО: Хдз+ или ИАГ: Хдз+), ноторый является основным материалом промышленных твердотельных лазеров, работающих в непрерывном режиме нли в режиме с большой частотой повторения импульсов (см. табл. 25.3).
Кристалл нттрийалюминиевого граната (ИАГ) оптически нзогропен и имеет кубическую решетку структурного типа граната (рис. 25.17) . Элементарная ячейка ИАГ содержит восемь молекул УзА!зОм. Алюминий занимает два типа узлов с различной координацией по атомам кислорода: 16 октаэдричесних положений, обозначенных на рнс. 25.17 как а-положения. н 24 теграэдрических положения, Ь-положения; а-узлы образуют объемно центрированную кубическую решетку 24 иона нттрия У'+ обладают додэкаэдрической координацией по атомам кислорода и на рис. 25.17 обозначены как с-положения. Ионы нттрия и алюминия в Ь-по- Рис 25 17 Структура УзА1зОм поженив расположены на средних линиях граней куба.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
