СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПАССИВНОГО ЛАЗЕРНОГО ЗАТВОРА Российский патент 1994 года по МПК C30B31/06 C30B29/12 

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано для приготовления пассивных лазерных затворов (ПАЗ) неодимовых лазеров с длиной волны излучения 1,34 мкм.

Известен способ приготовления пассивных лазерных затворов (ПЛЗ) работающих в спектральной области 1,2-2,0 мкм на основе кристаллов щелочных хлоридов и бромидов с Z₄-центрами окраски. ПЛЗ= приготовленные указанным способом, имеют следующие недостатки: большая гигроскопичность и низкая фото- и термоустойчивость.

Наиболее близким по технической сущности является способ приготовления ПЛХ неодимового лазера с длиной волны излучения 1,34 мкм на основе γ -облученных кристаллов S₂F₂-Nd³⁺. Рабочими центрами являются ионы Nd³⁺, восстановленные до двухвалентного состояния. Им соответствует полоса поглощения в спектральной области 1,1-1,8 мкм, обусловленная межконфигурационными переходами. Однако, при данном способе приготовления ПЛЗ наблюдается нестабильность ионов Nd²⁺ при 300 К. В качестве примера, подтверждающего этот недостаток на фиг. 111 показано изменение спектра поглощения кристаллов S₂F₂-Nd²⁺ после γ -облучения.

Целью изобретения является повышение стабильности ионов Nd²⁺.

Поставленная цель достигается тем, что в способе приготовления пассивного лазерного затвора неодимового лазера длиной волны излучения 1,34 мкм на основе кристаллов S₂F₂-Nd²⁺, кристаллы S₂F₂-Nd³⁺ аддитивно окрашивают в атмосфере насыщенных паров Са при температуре 950^оС в течение 2 ч.

Заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что кристаллы S₂F₂-Nd³⁺ аддитивно окрашивают в атмосфере насыщенных паров Са при температуре 950^оС в течение 2 ч.

При рентгеновском облучении кристаллов S₂F₂-Nd³⁺ происходит одновременная локализация электронов на примеси и дырок вблизи двух соседних ионов F- в узлах решетки. Это обуславливает образование двух типов центров - электронного Nd²⁺ и дырочного, который называется автолокализованной дыркой и рассматривается как аналог V_к-центра в ЩГК. Однако V_к-центры устойчивы лишь при низких температурах. При высоких температурах ( 300 К) подвижность дырок, и в частности V_к-центров, высока, за счет этого происходит взаимодействие V_к-центра и иона Nd²⁺, которое обуславливает потерю электрона примесным ионам, переходящим в трехвалентное состояние. V_к-центр и электрон могут образовать экситонное состояние, либо их взаимодействует будет сопровождаться рекомбинацией. Кроме V_к-центров при рентгеновском облучении могут быть образованы и другие дырочные центры, представляющие собой ионизованную молекулу F^о. Их взаимодействием с Nd²⁺ аналогично описанному.

Эффект стабилизации ионов Nd²⁺, восстановленных аддитивным окрашиванием, заключается в самом механизме образования Nd²⁺. При нагревании кристалла пары металла (в данном случае La) осаждаются на поверхности образца и с течением времени диффундируют в глубину кристалла. При этом происходит следующее: в парах металлический Са становится нейтральным, т.к. имеет два положительных и два отрицательных заряда. При диффузии оба электрона идут на восстановление Nd₂, а оставшийся положительный заряд будет скомпенсирован двумя ионами фтора с образованием СаF₂, который достраивает решетку кристалла. Следует заметить, что ионы фтора раннее компенсировали избыточный положительный заряд Nd³⁺, который занимал позицию S₂²⁺. Восстановленные ионы Nd²⁺будут при этом стабильны, поскольку в обычных условиях больше не будут протекать процессы которые могли бы сопровождаться захватом электрона от иона Nd²⁺.

На фиг. 1 изображено изменение спектра поглощения кристаллов S₂F₂-Nd₂+ после γ-облучения; на фиг.2 - спектр поглощения аддитивно-окрашенных кристаллов S₂F₂-Nd³+; на фиг.3 - осциллограмма импульса лазерного излучения в режиме модулированной добротности.

П р и м е р. Кристаллы S₂F₂-Nd³⁺ были выращены методом Стокбаргера в вакууме. Концентрация ионов Nd³⁺ в шихте составляла 0,3 мас.% Из выращенных монокристаллов S₂F₂-Nd³⁺ были приготовлены плоскопараллельные пластинки толщиной 1,5-2,0 мм и диаметром 10 мм. Боковые поверхности были отполированы до зеркального блеска. Аддитивное окрашивание проводилось в автоклаве в атмосфере насыщенных паров Са при температуре 950^оС в течение 2 ч. После окраски поверхности образцов были дополированы. Цвет образцов был красно-коричневым, равномерным по всей глубине. Спектр поглощения этих образцов приведен на фиг.2. Приготовленные таким образом образцы устанавливались в селективный резонатор неодимового лазера, образованный клиновыми зеркалами.

Длительность импульса лазерного излучения измерялась коаксиальным фотоэлементом ФК-15, энергия - колориметрическим измерителем ИМО-2 н.

В режиме модулированной добротности длительность импульса лазерного излучения составила 110 нс. Осциллограмма импульса приведена на фиг.3. Коэффициент преобразования энергии в режиме модулированной добротности был равен 20%.

В частотном режиме ПЛЗ, приготовленные предложенным способом, эффективно работали как в режиме одиночных импульсов, так и на частоте 100 Гц. Время наработки составило 10⁶ импульсов и изменения параметров ПЛЗ зафиксировано не было. После этих экспериментов ПЛЗ из аддитивно окрашенных кристаллов S₂F₂-Nd³⁺ были подвергнуты хранению в лабораторных условиях. По истечении 3 месяцев хранения ухудшения их свойств не произошло.

Способ приготовления пассивных лазерных затворов неодимового лазера с длиной волны 1,34 мкм обеспечивает фото- и термическую стабильность рабочих центров окраски, равномерную окраску по объему кристалла, высокую техническую безопасность при изготовлении ПЛЗ, сокращение затрат времени и средств на изготовления, а также возможность применения в любых лабораториях вследствие простоты и дешевизны способа.

Использование: в квантовой электронике для приготовления пассивных лазерных растворов неодимовых лазеров с длиной волны излучения 1,34 мкм. Кристаллы SrF₂-Nd³⁺ аддитивно окрашивают в атмосфере насыщенных паров металлического Ca при температуре 950°С в течение 2 ч. Обеспечено повышение стабильности ионов Nd^2f . 3 ил.

СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПАССИВНОГО ЛАЗЕРНОГО ЗАТВОРА неодимового лазера с длиной волны излучения 1,34 мкм на основе кристаллов SrF₂ - Nd²⁺, отличающийся тем, что с целью стабилизации ионов Nd²⁺, кристаллы SrF₂ - Nd³⁺ аддитивно окрашивают в атмосфере насыщенных паров Ca при температуре 950^oС в течение 2 ч.