Лазерное вещество Советский патент 1990 года по МПК H01S3/16 

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано при разработке новых лазерных материалов .

Цель изобретения - палучение анич / зотропного лазерного вещества с повьшенной концентрацией активатора.

Сущность изобретения заключается в том, что основой- лазерного вещества является монокристалл галлатов щелочных земель и лантана. Химический состав этого материала описывается общей формулой ABCjO, в которой А - барий (Ва), стронций (Sr), либо их смесь, В - лантан (La), С - галлий (Ga). В зависимости от вида состав-, ных частей и условий изготовления материала, его химический состав может

незначительно отклоняться от стехиометрии и соответствовать формуле

4-У .sx где.х и у могут принимать положительные или отрицательные значения в диапазоне от О до 0,12. Активной примесью в этом лазерном веществе является ион неодима (Nd.).

Особо рекомендуются в качестве ак- . тивного материала для лазерных стержг ней монокристаллы барий-лантан-гал- лиевого геленита, состав которого описывается формулой BaLaGa O-, содержащего неодим в качестве активной примеси (BLGO:Nd). Преимущества этого материала по сравнению с известным (YAGrNd) (YAG:Nd), следующие.

сх

В кристаллическую основу можно ввести примесь в значительно боль- шем количестве, чем оказывается возможным в случае YAG:Nd.5

Коэффициент распределения неодима в BLGO имеет значение, близкое к 1, благодаря чему примесь распределяется в монокристалле очень равномерно, что трудно достигаемое в случаеЮ

YAG:Nd. .

Скорость выращивания монокристал-. лов BLGO:Nd (порядка 4 мм/ч) оказывается значительно большей, чеь ско -; ipocTb вытягивания монокристаллов15

iYAGrM (порядка 1 мм/ч).

Температура плавления BLGO(1560 С) намного, ниже температуры плавления YAG (1930 С). Благодаря этому, а также благодаря большой скорости вытяги- 20 вания монокристаллов наблюдается - меньший износ иридиевого тигля в процессе вытягивания кристалла.

Кристалл BLGO:Nd имеет одну оптическую ось. Благодаря этому из него 25 можно изготавливать лазерные элементы (ЛЭ), обладающие требуемым коэффи-, циентом усиления (в зависимости от угла между геометрической осью лазерного стержня и оптической осью актив- 30 кого материала), которые могут работать в режиме генератора или усилителя света и дают полностью линейно поляризованный свет, чего нельзя достигнуть в случае изотропного YAG:Nd, с

Кристаллы BLGO имеют структуру ге--; ленита, которая не имеет центра симметрии. В связи с этим монокристаллы BLGO обладают пьезоэлектрическими свойствами. Эти свойства могут быть 0 использованы при проектировании схем для подстройки лазерного резонатора.

Активированные монокристаллы геле- нитов выращивают путем кристаллизации из расплава по одному из известных 45 методов Чохральского, Бриджманна либо зонной плавки. Наиболее удобным способом изготовления монокристаллов галлиевых геленитов щелочных земель и лантана с примесями ионов Nd яв- jO ляется способ вытягивания монокристалла из расплава по методу Чохральского. Согласно этому методу расплав получается путем расплавления в иридиевом тигле смеси особо чистых по- с рошкообразных окисов металлов, входящих в состав выращиваемого монокристалла. Состав расплава в принципе такой же, что и состав монокристалла.

Допустимы небольшие отклонения в границах ат.%. Вместо окислов можно использовать карбонаты тех металлов, которые при нагревании разлагаются, преобразуясь в соответствующие окислы , а затем расплавляются. В случае использования карбонатов необходимо ограничить скорость повышения температуры, чтобы создать условия для их термического разложещ5я.

Кристаллы, изготовляемые путем кристаллизации из расплава по методу Чохральског го,, имеют химический состав, несколько отличающийся от сте-- хиометрического Ьостава. Их действительный состав может быть описан рбщей формулой А ,4-)сВ -1 Сз-х+ 7-о,5Х где X и у могут принимать как положительные, так и отрицательные значения в зависимости от вида составных частей монокристалла и кристал- лографической ориентировки границы фаз между растущим кристаллом и расплавом, а также от начального состава расплава.

Пример. Исходный материал, состоящий из 32,30 мае.ч. BAGOj, . 22,94 мае.ч. La,jOg, 0,57 мае.ч. и 44,19 мае.ч. , в виде тщательно перемешаннь1х порошков ссыпают в иридиевый тигель, который затем медленно нагревают индукционными токами высокой частоты в устройстве для выращивания монокристаллов по методу Чохральского. Матери-ал нагревают в атмосфере азота до температуры, несколько большей, чем температура плавления BLGO. Монокристаллический ориентированный зародыш, прикрепленный к трубке из 3, опускают сверху вплоть до соприкосновения с по-. верхно.стью расплава, а затем поднимают вверх со скоростью 4 мм/ч при одновременном его вращении вокруг вертикальной оси. Диаметр кристалла увеличивается при уменьшении температуры вплоть до получения требуемого размера. После этого постоянный диаметр вытягиваемого кристалла поддерживается автоматически путем контроля массы вытягиваемого кристалла. . Скорость вращения зародыша зависит от диаметра вытягиваемого кристалла.

В случае кристалла диаметром 20 мм, вытягиваемого из тигля диаметра 40 мм, скорость вращения зародыша составляет 65-70 об/мин. После окончания процесса вытягивания монокрис516

талл отрывают от поверхности расплава, а затем медпенйо охлаясдают до комнатной температуры. Химический соста В полученного кристалла зависит от кристаллографического направления роста и от начального состава расплава. Кристалл, растущий на плоскости (001), имеет состав, который прибли- можно описать следующей форму- лой La 0,03 о,1гг з.ог Os.975 Исследования полученного кристалла показали, что в цилиндрической части кристалл лишен включений иридия и других-ТВердых фаз и не содержит де- фектрв, ухудщающих его оптическое качество, а именно трещин, пузырьков и .т.д. Определен оптимальный состав кристалла с примесью

Sr о,6 do,oq. -.ог 6.98

д 5

6

Формула изобретения Лазерное вещество на. основе моно.; кристаллов, активированных ионами отличающееся тем, что, с целью получения анизотропного лазерного вещества с повышенной концентрацией активатора, в качестве основы используется монокристалл гапла- тов щелочных земель и лантана общей

формулы C,xt.

где А - барий, стронций или их смесь;

В - лантан; С - галлий,

X и у - параметры, принимающие положительньте или отрицательные значения в диапазоне 0-0,12,

0

а количество ионов Nd 0,02-0,33 ат.%.

54соответствует

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано при разработке новых лазерных материалов. Целью изобретения является получение анизотропного лазерного вещества с повышенной концентрацией активатора. Основой лазерного вещества является монокристалл галлатов щелочных земель и лантана. Оптимальный состав кристалла с примесью SR_1,04LA_0,90ND_0,04GA_3,02O_6,98.