Изобретение относится к материалам твердотельных лазеров, в частности к технологии пассивных лазерных затворов для современных лазеров, используемых в оптических и оптоэлектронных приборах, например лазерных дальномерах и лидарах, работающих в ближней ИК-области спектра. Также может быть использовано при получении материалов на основе гадолиний-скандий-алюминиевых гранатов и других монокристаллов, содержащих оксид гадолиния и ионы ванадия.
Пассивные лазерные затворы из кристаллов со структурой гранатов, легированных ионами ванадия, используемые на длине волны 1,2-1,6 мкм, являются одним из эффективных конструкционных решений неохлаждаемого лазерного излучателя. Для обеспечения необходимого режима модуляции добротности лазера в импульсном режиме работы также необходимым параметром пассивных лазерных затворов является заданное начальное пропускание в пределах от 15 до 30%. Увеличение коэффициента поглощения приводит к уменьшению толщины детали. Производство и применение таких деталей экономически целесообразно.
Известен способ получения пассивных лазерных затворов из монокристаллов алюмоиттриевого граната (АИГ), легированного ванадием, выращенных методом Бриджмена (см. Иванов В.И., Крутова Л.К., Миронов И.А. и др., Сборник трудов 6-й Международной конференции «Прикладная оптика - 2004», октябрь, г. Санкт-Петербург, 2004 г., т. 4, с. 41-45). Данным методом невозможно достичь коэффициента поглощения более 1,1 на пассивных затворах в области спектра 1,20-1,55 мкм.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ выращивания кристаллов галлий-скандий-гадолиниевых гранатов для пассивных лазерных затворов методом Чохральского (Патент РФ №2321689, опубл. 10.04.2008 , МПК С30В 15/04, С30В 29/28, H01S 3/11, H01S 3/16), по которому из расплава, содержащего смесь оксидов металлов, в качестве которых используют полученный методом твердофазного синтеза галлий-скандий-гадолиниевый гранат конгруэнтно плавящегося состава с добавками оксида магния и оксида хрома, обеспечивающими концентрацию катионов хрома и магния в расплаве по 2,0·1020-2,6·1020 атомов/см3, а выращивание кристаллов осуществляют при давлении в камере 1,4 атм в среде аргона и углекислого газа с объемной долей последнего в газовой смеси 14-17%.
Пассивные лазерные затворы на основе полученного граната имеют коэффициент поглощения более 5 см-1 в диапазоне длин волн 1,057-1,067 мкм и обеспечивают необходимый режим модуляции добротности в импульсном режиме работы.
Легирование ванадием кристаллов галлий-скандий-гадолиниевых гранатов для пассивных лазерных затворов не позволяет получить ионы ванадия V3+ в указанной гранатовой структуре кристалла, т.е. обеспечить функционирование пассивного затвора в лазерном излучателе.
Использование пассивных лазерных затворов на основе галлий-скандий-гадолиниевых гранатов, полученных описанным методом на длинах волн 1,2-1,6 мкм, невозможно.
Предлагаемое техническое решение позволяет получить кристаллы гадолиний-скандий-алюминиевого граната, легированные ванадием, для пассивных лазерных затворов, имеющих коэффициент поглощения 1,2-2,5 см-1 на длинах волн 1,20-1,55 мкм и обеспечивающих режим модуляции добротности твердотельного лазера в импульсном режиме работы.
В заявляемом способе получения кристаллов гадолиний-скандий-алюминиевых гранатов для получения пассивных лазерных затворов методом Чохральского из расплава исходной шихты, содержащей смесь оксидов металлов, в котором, в отличие от прототипа, в качестве шихты используют полученный методом твердофазного синтеза гадолиний-скандий-алюминиевый гранат состава Gd2,88Sc1,89Al3V0,03O12, причем ванадий вводят в виде оксида V2O5, и процесс выращивания кристалла ведут при давлении в камере 1,2-1,8 атм аргона, а затем кристалл отжигают в вакууме 3-5×10-4 мм рт.ст. при температуре 1600°C в течение 3-6 часов.
В качестве примера были выращены кристаллы гадолиний-скандий-алюминиевого граната, легированные ионами ванадия.
Пример №1. Общий вес исходной шихты 620,36 г.
Состав исходной шихты:
- гранат Gd2,88Sc0,12[Sc1.77Al0.23]Al3O12-618.33 г.
- добавка V2O5-2,03 г.
Состав шихты соответствует составу: Gd2,88Sc1,89Al3V0,03O12.
Твердофазный синтез проводили при температуре 1000°C в течение 24 часов. Выращивание кристалла гадолиний-скандий-алюминиевого граната методом Чохральского осуществляли при давлении в камере 1,2 атм в среде аргона. Выращен кристалл диаметром 18 мм, длиной 43 мм. После резки на диски толщиной 2,5 мм их отжигали в вакууме 3-5×10-4 при температуре 1600°C в течение 3 часов.
Пример №2. Общий вес исходной шихты 620,36 г.
Состав исходной шихты:
- гранат Gd2,88Sc0,12[Sc1.77Al0.23]Al3O12-618.33 г.
- добавка V2O5-2,03 г.
Состав шихты соответствует составу: Gd2,88Sc1,89Al3V0,03O12.
Условия твердофазного синтеза: при температуре 1000°C в течение 24 часов. Выращивание кристалла методом Чохральского осуществляют при давлении в камере 1,8 атм аргона. Выращен кристалл диаметром 20 мм, длиной 43 мм. После резки на диски толщиной 2,0 мм их отжигали в вакууме 3-5×10-4 мм рт.ст. при температуре 1600°C в течение 6 часов.
Из выращенных кристаллов гадолиний-скандий-алюминиевого граната были изготовлены пассивные лазерные затворы с коэффициентом поглощения 1,2-2,5 см-1 на длинах волн 1,20-1,55 мкм и обеспечивающие режим модуляции добротности твердотельного лазера в импульсном режиме работы.
Пассивные лазерные затворы изготавливают согласно требованиям по геометрическим размерам и начальному поглощению излучения, за счет подбора толщины затвора. Из кристалла, выращенного по примеру №1 были изготовлены пассивные лазерные затворы диаметром 8,0 мм с начальным поглощением 78-80%, а из кристалла по примеру №2 получены образцы с начальным поглощением 48-52%, обеспечивающие режим модуляции добротности твердотельного лазера в импульсном режиме работы.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ ГАЛЛИЙ-СКАНДИЙ-ГАДОЛИНИЕВЫХ ГРАНАТОВ ДЛЯ ПАССИВНЫХ ЛАЗЕРНЫХ ЗАТВОРОВ | 2006 |
|
RU2321689C2 |
СЕРИЙНЫЙ СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ ГАЛЛИЙ-СКАНДИЙ-ГАДОЛИНИЕВЫХ ГРАНАТОВ ДЛЯ ПАССИВНЫХ ЛАЗЕРНЫХ ЗАТВОРОВ | 2006 |
|
RU2324018C2 |
СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ АЛЮМОИТТРИЕВОГО ГРАНАТА, ЛЕГИРОВАННОГО ВАНАДИЕМ | 2012 |
|
RU2501892C9 |
СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ АЛЮМОИТТРИЕВОГО ГРАНАТА, ЛЕГИРОВАННОГО ВАНАДИЕМ | 2017 |
|
RU2641828C1 |
ВЕЩЕСТВО ДЛЯ ПАССИВНОГО ЛАЗЕРНОГО ЗАТВОРА | 1997 |
|
RU2114495C1 |
Поликристаллический синтетический ювелирный материал (варианты) и способ его получения | 2015 |
|
RU2613520C1 |
ЛАЗЕРНЫЙ МАТЕРИАЛ | 2008 |
|
RU2391754C2 |
СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ПАССИВНОГО ЗАТВОРА ЛАЗЕРА, РАБОТАЮЩЕГО В БЕЗОПАСНОЙ ДЛЯ ЗРЕНИЯ ОБЛАСТИ СПЕКТРА, И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ | 2015 |
|
RU2592303C1 |
ФОТОТРОПНОЕ ВЕЩЕСТВО ДЛЯ ЗАТВОРОВ ЛАЗЕРОВ | 1985 |
|
SU1667587A1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОПТИЧЕСКИ ПРОЗРАЧНЫХ МОНОКРИСТАЛЛОВ ГРАНАТА | 2013 |
|
RU2560356C1 |
Изобретение относится к технологии выращивания кристаллов для пассивных лазерных затворов, используемых в современных лазерах и лидарах, работающих в области 1,2-1,55 мкм. Кристаллы выращивают методом Чохральского из расплава исходной шихты, в котором в качестве шихты используют полученный методом твердофазного синтеза гадолиний-скандий-алюминиевый гранат состава Gd2,88Sc1,89Al3V0,03O12, причем ванадий вводят в виде оксида V2O5, а процесс выращивания кристалла ведут в среде аргона при давлении в камере 1,2-1,8 атм, затем кристалл отжигают в вакууме 3-5·10-4 мм рт. ст. при температуре 1600°C в течение 3-6 часов. Изобретение позволяет выращивать совершенные кристаллы гадолиний-скандий-алюминиевого граната, легированные катионами ванадия, с коэффициентом поглощения 1,2-2,5 см-1 на длинах волн 1,20-1,55 мкм, обеспечивающие на пассивных лазерных затворах необходимый режим модуляции добротности в импульсном режиме работы. 2 пр.
Способ получения кристаллов гадолиний-скандий-алюминиевых гранатов для пассивных лазерных затворов, заключающийся в выращивании кристалла методом Чохральского из расплава исходной шихты, в котором в качестве шихты используют полученный методом твердофазного синтеза гадолиний-скандий-алюминиевый гранат состава Gd2,88Sc1,89Al3V0,03O12, причем ванадий вводят в виде оксида V2O5, а процесс выращивания кристалла ведут в среде аргона при давлении в камере 1,2-1,8 атм, затем кристалл отжигают в вакууме 3-5·10-4 мм рт. ст. при температуре 1600°C в течение 3-6 часов.
АЛПАТЬЕВ А.Н | |||
и др., Гольмиевый лазер (λ=2,09 мкм) на кристалле ГСАГ:Cr-Tm-Ho, работающий при комнатной температуре, "Квантовая электроника", 1989, т.16, N11, стр.2176-2179 | |||
JP 08037328 A, 06.09.2002; | |||
ЖАРИКОВ Е.В | |||
и др., Распределение хрома в редкоземельных скандиевых гранатах, "Письма в ЖТФ", 1990, т.16, вып.2, стр.33-36. |
Авторы
Даты
2015-05-10—Публикация
2014-05-08—Подача