Способ получения активной среды лазера Советский патент 1992 года по МПК H01S3/16 

1 ti

изобретение относится к области , квантовой электроники и может быть использовано для создания активных элементов, используемых в лазерах с перестраинае адм по частоте излуче- нием, и пассивных затворов мононм- пульсиык Лазеров.

Целью изобретения является повышение КПД лазера при одновременном расширении спектрального диапазона генерации.

Генерация расширяется в область видимого и ближнего инфракрасного излучения, .

В результате ударного механизма взаимодействия быстрые нейтроны вызывают образование в кристалле большого количества дефектов типа смещений. При интегральных потоках быстрых нейтронов менее 10 Н см концентрация дефектов недостаточна для придания кристаллу в дальнейшем необходимых для получения генерации свойств. При потоках свьше

10 °н-см начинают ухудшаться меха- J . - нические свойства кристалла. Кроме

того, облучение такими потоками повышает стоимость изготовления среды. Однако только облучение нейтро- нами в указанном интервале потоков не позволяет создать в кристалле центры окраски, пригодные для созда- ния- активной среды. Дефекты типа смещений разнообразны. Они включают ка- тионные и анионные вакансии, между-

узелькые атомы и ионы. Кроме того, при захвате анионнь ми вакансиями электронов образуются одновакантные центры окраски. Однако эти центры окраски обуславливают поглощение в ультрафиолетовой области спектра.

Для создания двухвакантных центров окраски, оптические переходы в которых обеспечивают придание необходимых свойств среде, необход1-1ма термо- обработка в течение 1-1 j5 ч при температуре 600-700 К, При температуре выше 600 К анионные вакансии становятся пoдв iжными и, диффундируя по кристаллу, присоединяются к однова- кантным центрам окраски, образуя двухвакантные, Повышение температуры отжига свьшю 700 К приводит к частичному раз-рутиению центров окраски, Эта

термообработка обеспечивает много- кратное увеличение концентрации цент ров окраски5 имеющих максимумы полос поглощения около 450, 570, 670j

12

850 нм. Возможен отжиг и при более коротких временах, однако, учитывая высокую инерционность тепловых источников при термообработке и целесообразность получения воспроизводимых результатов, выбирается временной интервал 1-1,5 ч.

Поглощение и испускание света центрами окраски, ответственными за возникновение полос поглощения с максимумами 670 и 850 нм, определяет возможность перестройки длины волны генерируемого излучения. Для увеличения концентрации зтих центров окраски -кристалл облучают f -квантами дозой 26-260 Кл;кг и повторно проводят термообработку при температуре 720-770 К в течение 1-1,5 ч. Проведение такой процедуры позволяет увеличить почти вдвое концентрацию центров, поглощающих в области 850 нм, и на 10-20% - центров, поглощающих в области 670 нм. После облучения нейтронами в кристалле возникает ограниченное количество одновакантных центров, содержащих в своем составе 2,3 и более злектронов. Поэтому при первой термообработке после присоединения вакансий образует;ся сравнительно небольшое количество центров, поглощающих в области 670 нм, и еще меньшее центров, поглощающих в области 850 нм. При у -облучении этик кристаллов происходит перераспределение электронов уже между двухва- кантными центрами, и концентрация центров с большим числом электронов возрастает. Для проведения этого процесса достаточна доза облучения 26 - 269 Кл-кг . При дозах менее 26 Кл не успевает установиться динамическое равновесие по электронным состояниям, обеспечивающее увеличение концентрации центров. Дозы более 260 Кл-кг не имеют практической целесообразности. Однако при у-облучении, как и вначале при нейтронном, возникает и неактивное поглощение другими дефектами. Для их устранения проводится повторная термообработка при температурах 720- ,770 К в течение 1-1,5 ч. При этом нет необходимости увеличивать температуру отжига свыше 770 К, а при температурах менее 720 К ответственные за остаточное поглощение дефекты не успевают отжигаться за указанный период времени.

3П

Пример 1. fSepyr кристалл сапфира толщмкой 10 мм, производят его -оптическую обработку. После этсг го обработанный кристалл помещают в металлический кадмиевый контейнер (толщина стенки не менее 1 мм). Кадмий обрезает тепловую часть нейтрон- иого спектра, что позволяет существенно снизить уровень наведенной активности кристалла из-за уменьшения его активации тепловыми нейтронами. Контейнер с кристаллом помещают в активную зону ядерного реактора и проводят облучение кристалла быстрыми нейтронами с интегральным потоком

i 1Л

10 Н СМ. После облучения контейнер с кристаллом извлекают из активной зоны fieaKTopa и помещают в хранилище радиоактивных веществ, в котором его выдерживают в течение око- по 2 месяцев для спада наведенной радиоактивности. По прошествии этого времени кристалл извлекают из контейнера и дозиметрическими приборами определяют уровень остаточной радиоактивности, который не должен превьппать определенных норм. Далее проводят дезактивацию поверхности облученного кристалла, заключающуюся в ее обработке этиловым спиртом и дистиллированной водой, для удаления поверхностных радиоактивных загрязнений.

После термообработки в течение одного часа при температуре 650 К в спектре появляются полосы поглощения с максимумами при 570, 670 и 850 нм. После у -облучения дозой 26 Кл. и термообработки в течение одного часа при 720 К концент- рация центров, ответственных за поглощение в полосах с максимумами 670 и 850 нм, заметно возрастает.

Прим е. р 2. Активный элемент из кристалла сапфира толщиной 1 см, облученный потоком быстрых нейтронов 10 н -см и выдержанный 2 месяца в хранилище, возбуждался излучением лазера на красителе с плотностью мощности 100 МВт-см на длине волны 450 нм. В резонаторе с зеркалами, . имеющими коэффициент отражения 0,09, излучение накачки не обеспечивало достижение порога генерации. После термообработки при температуре 700 К в

ВИИИПИ Заказ 2307

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

:п4

течение 1,0 ч порог i (игр.и(ин Оыл превышен в три раза.

Пример Л, Лктмрммй : лемеит из кристалла сапфира толщмиоГ) 1 см, облученный потоком быстрых нрйтроно 10 , выдержанный 2 месяца в хранилище, в резонаторе с входньсм зеркалом, имеющим коэффициент отражения 0,65, кпазигфодольно возбуждался излучением моноимпульсного лазер на рубине с плотностью мощности 0 МВт.. Получить геиераш1Ю не удалось.

После термообработки при температуре 700 К получена генерация излучения в области спектря около 818 нм с КПД около 10%. 11осле -облучения дозой 50 Кл/кг и термообработки при температуре 720 К достигнут КПД лазера 31%.

Пример 4. Активный элемент из кристалла сапфира толщиной 1 см, облученный потоком быстрых нейтронов

19

10 и/см , выдержанный 2 месяца в хранилище в резонаторе с выходным- зеркалом, имеющим коэффициент отражения 0,85, квазипродольно возбуждался излучением лазера на красителе с плотностью мощности 120 МВт-см на длине волны 840 нм. Генерация излучения получена не была.

После термообработки при температуре 720 К достигнут КПД лазера 7%. После у-облучения дозой 26 Кл/кг и термообработки при температуре 750 К КПД лазера увелтгчился до 17%.

Данные кристаллы могут быть использованы и для пассивных затворов моноимпульсных лазеров.

Формула изобретения

Способ получения активной среды лазера, включающий облучение кристалла сйпфира потоком нейтронов, о т - лича-ющийся тем, что, с целью повышения КПД лазера при одно- временном расширении спектрального диапазона генерации, после облучения кристаллов сапфира проводят термообработку при температуре 600-700 К в течение 1-1,5 ч, облучают у-излучением экспозиционной дозой 26 - V 260 Кл.кг и проводят попторную термообработку при темпер; туре 720 - 770 К в течение 1-1,3 ч.

Тираж

Подписное

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано для создания активных элементов и пассивных затворов в лазерах. Целью изобретения является повышение КПД лазера при одновременном расширении спектрального диапазона генерации.Для достижения поставленной Дели производят оптическую обработку кристалла,затем помещают данный кристалл в кадмиевый контейнер и вводят контейнер в активную зону ядррного реактора. После этого проводят термообработку кристалла в диапазоне температур от 600 до 700 К в течение времени Не более полутора часов. Затем кристалл облучают J-излучением определенной дозы и проводят повторную термообработку. Это позволяет увеличить КПД лазера до 17%, по.пучить генерацию в видимой области спектра. СО о 30 со