Справочник по электротехническим материалам. Под ред. Ю.В.Корицкого и др. Том 3 (3-е изд., 1988) (1152098), страница 178
Текст из файла (страница 178)
Кислородные октаздры, координирующие а-узлы, искажены и повернуты таким образом, что образуют восемь неэивиаалентных о-положений. Кислородные тетраэдры также искажены, повернуты и образуют шесть неэнвивалеитных Ь-положений. Ионы У, коорз+ динированные восемью ионами О', размещенными в вершинах искаженного куба, также имеют шесть неэквивалентных положений. Ионный радиус Узт довольно близок к ионным радиусам редкоземельных элементов Тйз+, так что последние встраиваются в решетку ИАГ, замещая иттрий.
Кроме того, имеется дополнительная возможность легироаания ИАГ переходными металлами, которые легко встраиваются в решетку. замещая алюминий в узлах с октаэдрическим окружением. Это дает возможность осуществлять эффективную сенсибилизацию ИАГ, легированного редкоземельными элементами, путем дополнительного легирования элементами переходнык металлов Сгз" ~гзт Мпз+ Раз+ Монокристаллы ИАГ для лазеров могут быть выращены из раствора в расплаве, методом Вернейля, гидротермальным методом и методом Чохральского. Большие кристаллы, длиной до!00 мм, выращивают методом Чохральсного а ирндиевых тиглях при температуре 2000 'С обычно в направлении [11 Ц, однако возможны и другие направления роста. Наиболее часто ИАГ легируют Ыдз+ в концентрации !...3 Уь (ат.).
Редноземельные элементы с меньшими атомными номерами входят в решетку ИАГ труднее, а с большими— легче. Двойное легирование, например Хб— Од или Хб — Бц, приводит к возрастанию растворимости Нд в ИАГ. Коэффициенты распределения редкоземельных элементов в зависимости от их ионного радиуса для УзА! зОм представлены на рис. 25.18, откуда видно, что сте- Активные лагериплас тиар»)отальиаьт лазеров (разя. 25] 111 пг сиподзшине В зэзхаплозоф с«г»4«Ф Ф ООО О О са г- 00 30 О «с 4 аа о м» ЗоО О О О.
"оо о о о ! ! Сс И » 1 Р. о ~~ 00 ч юс с о »с«с 4' яоо с о о ООО О О сэ ! ! ! ! ! Сс 'Ю \ 4 00 00 ооо о" о о а са О О С» О ! б»011(77 0172 д,(у! б,(уу нм ~'5'и и о 6 о, о и »оп О о» о О о„ О О„ оо-" 1 а«с аа а» 1 3 00 аа с ах К~о '4» С1» О О О пень вхождения элемента в кристалл уменьшается с увеличением ионного радиуса, т, е. с уменьшением порядкового номера элемента в ряду лантаноидов. Вследствие различия в ионных радиусах Г(бз+ и Уз+ легирование ИАГ неоднмом приводит к некоторому искажению решетки и появлению оптической неоднородности, которая особенно заметна при неоднородном распределении неодима в кристалле. Для достижения более однородного распределения примесей и уменьшения напряжений, характерных для кристаллов, выращенных по мега ду Чохральскаго, применяют небольшие скорасти раста (-1 мм/ч).
Для этих же целей синтезированные кристаллы ИАГ: Г(44" подвергают атжигу при температуре примерно 1500 'С в течение 10 ч. Кристаллы ИАГ нерастворимы в кислотах Н050», НС1, ННОз и НЕ, но при температуре выше 250'С растворяются в НзРО4. Нелегированные кристаллы ИАГ бесцветны. По твердости они лишь незначительно уступают корунду.
Основные физико-химические свойпва ИАГ представлены в табл. 25.1. Некоторые дополнительные сведения приведены в табл. 25.10, 25.11 и 25.12. Изменение показателя преломления при изменении температуры составляет с(в(с(Т= =9,86.10 з К Нелегированные кристаллы ИАГ прозрачны в широкой области спектра ст ультрафиолетовой области (0,2...0,3 мкм) до инфракрасной ( 4 мкм).
Длинноволновый предел пропускания обусловлен поглощением на колебаниях решетки, включая одно-, двух- и трехфононное поглощение, как показано на рис. 25.19, а. Коротковолновый предел пропу- а г- о С Э 3 С'4 44 43 СЧ висовд(1 сиэивиффсау! 01 3 00 г- Г» Г» С» 04 О" С» О" О С»ОЮ СЧ Ю Ч» 004:043 43 С:1 СС'4 ѫѫС'4 С 3 еНП щи<01 чндкотт 0НЛ 'взизпэ «пдпотт 30»са с с» г 00 00 00 ч» 011 ! 'зшвкэ 010»исоа -озээ»а пссдпотт 41 'Пс зэка\У мУли1эанэд 00»4.4 С- 1 4-О о о са С- Г- 3 Ю 3 С Ф 0 У ччо К ° чссчсощ . Кх Я 00 г ю аа аа г» са сч са д г- о С'4 а и. л »О ьч .э ' о 'с к у у кчОгв и С О 0 „О у с ф 0 ПСВ ЯГ с» о гт г- 1и30/.1 'чюоизовт! оса) с о о Ч- С ГГ 4-.
о С-: 14 1 о 3 1 "' о«о о о мэ 0 'тт зт»эм ивназикюиовт йаг айй„к Г. и и и э. Ч» О» ОО»3 С'4 С 3 1 3 «З Х ХО(2 (Ч 1 1,1! эо.о 1» О (2" г»т ~ с» 1 1 Э Рис. 25.15. Коэффициент распределения Редкоземельных элементов в ИАГ в зависимости от ионных радиусов 5 25Л 0.4 0,45 О,5 0,6 О,7 о,в 0,9 1,О 1,8285 1,8245 1,8650 1,8532 1,8450 1,8347 1,8222 1.8197 1,2 1,8 2,0 Х, мкы 2,2 1,8170 1,8152 1,8121 1,8093 1,8035 1,8004 1,7970 2,6 3,2 1,7935 1,7896 1,7855 1,781О 1,7764 1,7713 оы Р ИЮ 2РРР ся г гр 35 48 45 50 55 сн 1б-г Рис. 25.19.
Спектры поглощения УдА1тОы прн 300 К; а — на колебаниях репгетки е инфракрасной области; б — край собственного поглощения и ультрафиолетовой области Таблица 25.11. Зависимость парамстроа ИАГ от температуры Таблица 25Л2. Показатель прелоыления ИАГ при 25 'С -т р 5рр лш 3,8 4,0 1,7659 1,7602 Активные мптериала твердотельных лазеров [равд. 25[ пээзсн нэгэ а) ! 52748 б мнм Рис. 25.20. Спектры люминесценции г[дэт в углу изображена структура уровней 'Рзгэ и '1 полосы люминесценции; б — в области 0,9 мкм ствуег расщеплению охания ограничен собственным поглощением, обусловленным межзонными переходами.
Непосредственно собственное поглощение ИАГ начинается в области Хяа0,2 мкм. Однако вблизи края фундаментальной полосы довольно часго наблюдается дополнительное поглощение, обусловленное остаточными примесями или какими-либо другими дефектами в кристалле, которое ограничивает коротковолновый предел оптической прозрачности ИАГ.
Для различных кристаплсв зта величина, как.видно из рнс. 25.19, б, может быть различной. Легирование неодимом приводит к появлению характерных узвих полос в спектрах по- ИАГ: а — в области 1,06. мхм, в правом верхнем ~ыэ и переходы, ответственные за соответствующие для переходов 'Рзгг-~.'1эгг', энергия 88 см ' соответ- уровня 4ЕэгзМд*+ в ИАГ глощения и люминесценции ИАГ: Хдз+, которые подобны спектрам поглощения и люминесценции 5!бз+ в других кристалличесхих матрицах.
На рис. 25.20 приведены спектры люминесценции Ндз+ в ИАГ в области 1,06 мхи и 0,9 мкм. Там же изображены электронные переходы, ответственные за появление соответствующих линий люминесценции, обозначенные на рис. 25.20, а цифрами 1...8. Основные свойства лазера на ИАГ: Г!бз' приведены в табл. 25.3. Генерация при комнатной температуре наблюдается на линии 1,0648 мхи с естественной шириной 6,5 см ', а при температуре 77 К вЂ” на линии 1,0612 с шириной !й 25.71 1 см '. Сечение стимулированного излучения 10 м мм'.
Время затухания люминесценции при концентрации Нбз+ менее 399 (ат.) составляет яз0,2 мс и слабо меняется при росте температуры вплоть до 450 К. При увеличении концентрации неодима выше 3% (ат.) время затухания люминесценции уменьшается вследствие ухудшения качества кристаллов, увеличения вероятности безызлучательиых переходов и з результате взаимодействия ионов Кбз+ друг с другом. Кроме основной линии излучения 1,0648 мкм, обусловленной переходами гЕэгг-г Дыг, возможно получение лазерного эффекта на переходах гЕэг 'Тэш в области 0,946 мкм и на переходах гЕзгэ- 'Дэгг в области 1,319 мнм.
Однако пороговые энергии накачки для последних случаев выше. Лазеры на ИАГ: абае могут работать в режиме непрерывной генерации с выходной мощностью, равной нескольким сотням ватт, в частотном режиме †.с частотой повторения импульсов от единиц герц до мегагерц и в режиме одиночных импульсов — с импульсной мощностью, равной десяткам мегаватт. В качестве источников накачки можно применять разнообразные лампы, электролюминесцентные диоды, а.танже солнечное излучение.
Порог разрушения кристалла ИАГ: Г(бз" при длительности импульса генерапии 20 нс составляет 10...30 Дж/смг. Нелинейный показатель преломления, определяющий эффект самофокусировки, равен нэ(Е' иэ4 10 ед. СГСЭ. Поскольку в спектре ИАГ:Хбэе отсутствуют широкие полосы поглощения, то для увеличения эффективности наначки при применении источнина излучения со спектром, близким к излучению абсолютно черного тела, часто!используют эффект сеисибилнзации. В качестве сенсибилизатора вводят Сг'+. Энергия накачни, поглощенная в широких полосах Сг'+ — мП и 4Ть передается ионам абае.
Соответствующие спектры поглощения и энергетические переходы представлены на рис. 25.21. Для улучшения характеристик систем на ИАГ иногда применяют двойное и тройное легирование несколькими ионами редноземельных элементов. В качестве таких дополнительных ионов в системе ИАГ: Хд'т могут выступать О)з+ ! з+ н Исследования механизма передачи энергии возбуждения от иона-сенснбилизвтора Сгэ+ к иону-активатору Нд'+ показали, что решающую роль здесь играет зазор Ь(р между энергетическими урониямн Е и Тг иона Сг (см. рис. 25.9 и 25.21). Быстрая передача возбуждения от Сг'+ к Нбз+ возможна лишь при условии ЬКГ( ЬТ. В этом случае не происхо- дит накопления ионов Сгз" в состоянии 'Е, отнуда процесс передачи возбуждения аатруднен.
Оказалось, что схема уровней Сгз+ в кристалле ИАГ не полностью удовлетворяет этому условию и потому введение хрома в ИАГ:)44 увеличивало КПД незначительно. Проведенные поиски новых активных сред показали, что наилучшие результаты здесь получаются в группе галлиевых гранатов и особенно в гадолиний — скацкий — галлиевом гранате (ГСГГ): Сг'+, Хазе. В этом кристалле энергетический зазор между уровнями 'Тэ и 'Е иона хрома Ь(Р' ~ йТ так, что люминесценции с эЕ уровня Сгз+ ()г-линии) полностью отсутствует при комнатной температуре.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
