Способ обработки кристаллов L @ F Советский патент 1992 года по МПК C30B33/04 

Изобретение относится к оптике анизотропных сред, а именно, к оптическим свойствам щелочно-галлоидных кристаллов (ЩГК). Может быть использовано при создании лазерных сред на основе центров окраски в ЩГК для лазеров с перестраиваемой длиной волны.

Известен радиационный способ получения центров окраски (ЦО) в кристаллах LI F, который заключается в том, что кристаллы облучают ионизирующим излучением, например гамма-квантами, до определенных доз этого излучения.

Однако этим способом можно создавать ЦО с N-полосами поглощения (ПП) малой концентрации, которым соответствуют

слабая полоса при 560 нм и очень слабая при 520 нм.

Известен способ повышения концентрации ЦО с N-ПП при 560-550 нм путем сжатия облученных кристаллов LIF до деформации 5-10%.

Этим способом можно повысить концентрацию ЦО с N-ПП при 550-560 нм, но нельзя создать новые ЦО в области М-полос спектра кристаллов L1F 510-560 им. Кроме того кристаллы механически деформируются, отчего ухудшается их состояние и качество.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ получения ЦО с полосами поглощения в диапазоне длин волн 550-560

XJ

XI

ю to ю

СлЭ

нм в кристаллах , согласно которому образцы L1F облучают гамма-квантами до доз 107-10У Р. а затем их отжигают до определенных температур, например 220-250°С. При этом возрастает концентрация ЦО с N-ПП при 550-560 нм в 5-6 раз и наводится слабая полоса при 520 нм. Однако ЦО с иными N-ПП этим способом не создаются и максимальная концентрация этих ЦО не достигается.

Целью данного изобретения является получение дополнительных N-центров окраски в диапазоне длин волн 510-550 нм.

Эта цель достигается тем, что согласно предлагаемому способу получения центров окраски проводят последовательно три ог- жига облученных до доз 10-10 Р образцов IJF с последующим их охлаждением до комнатной температуры после каждого отжига. Первый отжиг проводят при температуре 200-290°С, второй - при 300-310°С, а третий при - 146-150°С. Причем каждый отжиг проводят с возрастанием температуры образцов со скоростью в диапазоне 1-8 град /мин и образец выдерживают при максимальной температуре не более 2-3 мин.

При этом после первого отжига при 280- 290°С вместо одной ПП при 560 им в N-частм спектра 1.IF образуются две новые полосы при 521,3 и 547,2 нм, интенсивность котоV11

рых 9-10 и 1,2-10 см , соответственно.

После второго о гкигг о-того образца при Т--305°С вместо вышеописанных полос образуются уже две новчь ПП с максимумами поглощения при 511 и 530 нм с интенсивностью поглощения 1, и см .

Таким образом, данный способ обработки облученных кристаллов LiF дает возможность создавать новые ЦО п М-ч&сги счектрз с максимально возможней их ком- цснтрзцийй, т.о. максимальной интенсивностью ПП.

Фиг. 1 изображает характерный спектр поглощения кристалла LiF после его облучения гамма-квантами до дозы 5-10 Р,где 1 - ПП при 250 нм (РНДО), 2 - ПП при 320 нм, 3 - ПП при 380 нм, 4 - ПП при 450 нм (). 5 -ПП при 560 нм (). Фиг. 2 изображает кинетику изменения интенсивности ПП при 560 нм в процессе нагревания кристалла LiF со скоростью 4 град/мин (поз. 6) и изменение интенсивности длинноволнового крыла этой полосы при охлаждении образца от максимально достигнутой температуры отжига, где 7-, 8-, 9-, 10- охлаждение образца от температур ИЗО, 280, 290 и 295°С, соответственно. Фиг. 3 изображает кинетику изменении интенсивности ПП при 547.2 нм и 521,3 нм

(поз, 11 и 12, соответственно) в процессе отжига образца,

Фиг. 4 изображает спектры поглощения образца LIF в диапазоне длин волн 510-570 нм, где исходный после облучения спектр на поз, 13,14 - после первого отжига до 285°С, 15 - после второго отжига до температуры 303°С, 16 - после третьего отжига до 150°С.

После облучения гамма-квантами источника Со60 кристаллов LIF, они имеют характерные оптические спектры поглощения, Пример такого спектра поглощения кристалла LiF после его облучения до дозы 5-Ю7

Р показан на фиг,1, В спектре четко разделяются ПП при 250, 320, 380, 450 и 560 им, которые на фиг. 1 соответственно обозначены 1,2,3,4 и 5.

Основная задача изобретения СОСТОИТЕ

получении новых ЦО, которым соответствуют ПП в так называемой N-части спектра криста;.чоп LiF в диапазоне длин волн 510- 560 нм. Экспериментально показано, что такие ЦО можно создавать последовательным

отжигом облученных кристаллов LiF со скоростями нагрева от 1 до 8 град/мин. Более низкие и более высокие скорости нагревания кристаллов приводят соответственно к отжигу с уменьшением концентрации получаемых ЦО и к быстрому переходу N-ЦО из одного типа в другой, поэтому мала вероятность фиксации определенного типа ЦО с /ьч максимальной концентрацией. При достижении максимальной температуры (Т) отж1Л--а, например 285°С, температуру образцов снижают до комнатной естественным образом, т.е. не контролируя скорость их охлаждения. При максимальной Т пбпазцм выдерживались не более 2-3 мин, так как

более длительная выдержка образцов при максимальной Т приводит к преобразованию N-ЦО и к снижению их концентрации. На фиг. 2 показан процесс преобразования N-ЦО с ПП при 560 нм в процессе нагревания образна со скоростью 4 град/мин и последующего его охлаждения до комнатной температуры. Выдержка ообразцз при максимальной Т не превышала 1,5 мин. Интенсивность ПП при 560 нм (фиг.2, поз. 6)

при Т 170°С начинает возрастать, достигая максимального значения оптической плотности ,, в интервале температур 240-270°С.

После охлаждения образца от темперагур 230, 280, 290 и 295°С ПП при 560 нм распадается на две новые ПП при 547,2 и 521,3 нм, т.е. фактически ПП при 560 нм смещается в коротковолновую область спектра 547,2 нм и на фиг. 2, поз. 7, 8, 9 и 10 показывают интенсивности длипиоволиового крыла смещаемых ЛП. А не оси ординат показаны интенсивности в единицах D полосы при 547,2 нм после достижения образцом комнатной температуры. Видно, что максимальная интенсивность ПП при 547,2 нм достигается после нагревания образца до температур в интервале 280-290°С поз. 9, 10). При более низких Т, например 230°С, и более высоких, например 295°С, интенсивность ПП при 547,2 нм снижаются (см. поз. 7-8). Аналогичная закономерность наблюдается и для ПП при 521,3 нм.

Далее, при необходимости создать в облученном образце UF ЦО с максимумами ПП при 530 и 511 нм этот образец отжигают вторично при Т 300-310°С со скоростью возрастания температуры в пределах вышеописанного интервала. Процесс изменения интенсивности ПП при 547,2 и 521,3 нм в процессе отжига показан на фиг. 3 (поз. 11 и 12). При этом нагрев до температур ниже 300°С приводит к восстановлению ПП при 547,2 и 521,3 нм после охлаждения этого образца до комнатной температуры. А отжиг образца в интервале температур 300- 310°С приводит к появлению при его охлаждении до комнатной температуры новых ПП при 511 и 530 нм. При этом максимальная интенсивность этих полос и , соответственно, достигается при температурах отжига в интервале от 300 до 310°С. Если увеличивать температуру отжига свыше 310°С, то интенсивность этих ПП после охлаждения образца падает, а при Т 330°С после охлаждения образца наблюдается лишь ПП при 511 нм.

Далее, для получения в образцах LiF в N-области спектра только ЦО с максимумами ПП при 511 нм достаточно отжечь образец при температуре от 146 до 155°С. После охлаждения до комнатной Т в образцах присутствуют только ЦО с полосой при 511 нм и максимальной интенсивностью D 6,5-10 2. При этом интервал температур 146-155°С является наиболее оптимальным, так как при Т 146°С в спектрах после охлаждения образца наблюдаются две вышеописанные ПП, а при Т 155°С интенсивности ПП при 511 нм снижаются.

Таким образом, способ получения центров окраски в облученных кристаллах LIF осуществляется следующим образом: 1. Берут облученные до доз юМо8 Р кристаллы LiF (спектры такого образца показаны на фиг.1 и фиг 4, поз. 13) и отжигают их до температуры 280-290°С со скоростью повышения температуры от 1 до 8 град/мин, выдерживают образцы при максимальной температуре не более 2-3 мин, а затем охлаждают образцы до комнатной температуры естественным образом без регулирования скорости охлаждения. После этих операций получают два новых типа ЦО с

максимумами ПП при 547,2 и 521,3 нм. Спектр этого образца в N-области показан нафиг.4,5, поз. 14.

2. Берут этот образец и отжигают его при тех же условиях до температуры 300-310°С. Поеле охлаждения до комнатной температуры в образцах получают два новых типа ЦО с максимумами поглощения при 511 и 530 нм. Спектр этого образца в N-области показан на фиг ., поз. 15.

3. Берут эти образцы и отжигают при тех же условиях до температуры 146-155 С. После охлаждения образцов до комнатной температуры в спектрах образцов остается одна ПП при 511 нм, т.е. один тип ЦО, спектр этих

образцов в N-области показан на фиг.4, поз. 16.

Таким образом, данный способ позволяет получать в гамма-облученных кристаллах LiF заранее прогнозируемые типы М-ЦО

с максимумами поглощения в диапазоне длин волн 510-560 нм. Получаемые ЦО являются достаточно устойчивыми и сохраняются по крайней мере в течении 5 месяцев при выдержке образцов при комнатной температуре. Наиболее оптимальный интервал доз первоначально облученных кристаллов LiF составляет 107-10 Р. При дозах ниже 107Р концентрация исходных ЦО с максимумами поглощения при 560 им мала и поэтому концентрация получаемых по данному способу М-ЦО тоже незначительна. При дозах больше 10 Р в кристаллах образуются предколлоидальные центры рассеяний. присутствие которых сказывается на эффектах преобразования N-ЦО при последовательных отжигах кристаллов. Поэтому концентрация получаемых М-ЦО при этих дозах также мала

Предлагаемый способ получения центров окраски в облученных до доз 107-108 Р кристаллах LiF по сравнению со способом- прототипом позволяет получать новые ЦО с максимумами их поглощения в интервале длин волн волн 510-560 нм. Данный способ

обеспечивает их максимально возможную концентрацию и возможность прогнозирования типов получаемых ЦО

Формула изобретения Способ обработки кристаллов LiF, включающий облучение -квантами дозой 10 - 108Р и последующий отжиг, отличающийся тем, что, с целью получения дополнительных М-центров окраски в диапазоне длины волн 510-560 нм, отжиг проводят постадийно при температурах 280-290°С, 300- 310°С. 146-155°С с выдержкой не более 2-3 мин и скоростью нагрева 1-8 град/мин и

. 1

2

последующим охлаждением до комнатной температуры после каждой стадии.

Использование: в оптике анизотропных сред при создании лазерных сред на основе центров окраски в ЩГК для лазеров с перестраиваемой длиной волны светового излучения. Сущность изобретения: облученные гамма-квантами до доз 107-108 Р монокристаллы LIF постадийно отжигают при температурах 280-290°С, 300-310°С, 146-155°С с выдержкой не более 2-3 мин и скоростью нагрева 1-8 град/мин и с последующим естественным охлаждением этих кристаллов до комнатной температуры после каждой стадии. В результате этого в образцах создаются с максимальной концентрацией следующие типы центров окраски (ЦО): после первого отжига - ЦО с максимумами поглощения при 547,2 и 521,3 чм, после рого - при 511 и 530 им, а после третьего - только при 511 нм. Тогда как после облучения в этих монокристаллах наводятся только ЦО с полосой максимума поглощения при 560 нм. Таким образом способ позволяет прогнозировать получение новых типов ЦО с максимальной концентрацией в интервале длины волн 510-560 нм. 4 ил. сл с

20 Ј0

ГОО ЛО Ш МО 260 500

Гс

Фиг. 2.

510

Фи2.3