Активный материал для лазеров Советский патент 1980 года по МПК H01S3/17 

(54) АКТИВНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ЛАЗЕРОВ

Изобретение относится к материалам для лазерной техники, в частност к лазерным неодимовым стеклам, и пре назначено для получения активных элементов твердотельных лазеров широ кого назначения (в том числе пленочных и миниатюрных лазеров) с длинами волн генерации в области 1,06 и 1,34 мкм. Известно лазерное стекло, активированное ионами неодима,состава NdPgO H Nd,La.x PgO ГЧОсновным недостатком данных стека является трудоемкая технология, кото рая включает в себя предварительное выращивание кристаллов (процесс выращивания кристаллов размером 2-3 мм продолжается до 7 дней) и затем синтез стекла из выращенных кристаллов в запаянных платиновых трубочках размером 6x38 мм. Наиболее близким к предлагаемому является активный материал для лазеров на основе соединения неодима и окислов фосфора 2, стекло марки КГСС-16-21, в котором при изменении концентрации частиц Nd с 1, до 5,.в 1 см квантовый выход люми несценции Nd меняется от 0,92 до 0,48, что говорит о концентрационном тушении люминесценции Nd и приводит к невысокому удельному энергосъему. Цель изобретения - увеличение удельного энергосъема. Это достигается при уменьшении процента концентрационного тушения люминесценции г При этом используется активный материал , который содержит окисел лития или его смесь с одним из окислов элементов первой группы , где R - элемент из ряда Na, К, Rb, Cs, и в качестве соединений неодима взяты окисел неодима или его смесь с одним из окислов элементов третьей группы , где Н - элемент из ряда La, Gd, Lu, Sc, 1, Alj взятых в следующем соотношении, мол.% S 10-15 8-26 LijO + 64-77 Окисел лития в смеси с одним из окислов элементов первой группы взят в количестве 1-25 мол.%. Окисел неодима в смеси с одним из окислов, элементов третьей группы взят в количестве 1-14 мол.%. Количество частиц. Nd в данном стекле может достигать величины 3,5 -1021в 1 см при слабо выраженном эффекте концентрационнозпо тушения люминесценции и соотвенственно высоком квантовом выходе люминесценции с уровня 3/2 Nd. Так, например квантовый выход лю1чинесценции , 0,6 в предлагаемом стекле состава, мол.%: LigO (26%) - (3%) +. + La,;.0j (7%) - (64%) достигается при концентрации частиц 8 10 в 1 см, э-то значение соответствует концентрации Nd oкoлo 2-10 в 1 смЗ. На чертеже приведены концёнтрационн е зависимости времени жизниб и квантового выхода люминесценции j, с уровня FS/U стекол состава, мол,%: (26%), ( L а л О j ).х + + ( (10%), PQ.6g (64%) при изменении соотношения между окислами (LanO-a,)), и ()x (Х изменяется от 0,01 до 1). Как видно из чертежа, в стекле, не содержащем () , уровня, 311 составляет 80 мкс, количес во частиц Nd при этом равняется 2,7-102 в 1 см, в стекле, в котором ,Х 0,01, количество частиц Nd 2,7 в 1 дм , 1 320 МКС. Описываемое стекло может быть получено в виде оптически однородных образцов больши размеров с использованием традицион ной технологии. При этом исходными ингредиентами принятого за основу состава предлагаемого стекла .являются,.мол.%: NdoO 10-15; Li О 8-16 Р2. 05 64-77.Изменение концентрации Nd может достигаться введением окислов (M La, Gd, Lu , Sc, I, Al), при чем общее содержание окислов MrjOj должно оставаться 10-15 мол.% Возможна также частичная замена окисями RijO (R Na, К, Rb, Cs) при сохранении общей концентрации + + RaOf равной 8-26% мол.%, что приводит также к повышению технической стойкости и увеличению времени жизни Стекли состава, мол.%: 26; 10; характеризуют сл дующие физико-механические свойства коэффициент преломления п 1,55J . количество частиц Nd3 2,7 в 1 с время жизни метастабильного состоян 4 Fjyj Nd 80 мкс; пиковые значения коэффициентов поглощения в полосах поглощения ,74; 0,8; 0,87 мкм 40, 55,14 см квантовый выход люми несценции с уровня 0,25, сечение генерационного перехода 3,8.10-20см. .сечение генерационнОго перехода Рз 2- 1 зд /910 плотность р 3,0 микротвер дость 340 кг/С1 , коэффициент Пуасс на 0,257; модуль Юнга 2,28 10 кг/см модуль сдвига 3,73-10 кг/см. При получении стекла используют следующий способ. После тщательного перемешивания :1сходных ингредиентов, полученную jMecb помещают в алундовом стакане силитовую печь, где она доводится о .расправления путем постепенного агрева до 1000-1200с в течение 5-6 ч. Затем расплав выливают в кваревую трубу. Полученный стекловидный слиток измельчают и кусками загруают в платиновый контейнер. Загруенный контейнер помещают в герметичную камеру индукционной печи . Для даления из расплава следов воды в камеру помещают в качестве влагоПоглотителя порошкообразный фосфорный ангидрид. Если в процессе варки стекла не принимают меры, направленные на удаление воды из расплава, это приводит к снижению t-4Fjyj. Nd, например, для стекла, не содержащего лантана, с 80 до 35-40 мкс. Варку стекла в тигле объемом 0,2 л проводят при 1100-1200 С в течение 15 ч при непрерывном перемешивании расплава платиновой мешалкой. Сокращение времени синтеза приводит к появлению рассевающих центров в готовом стекле После окончания синтеза стекло охлаждают в камере при снятом напряжении с индуктора до 600-700с и затем высаживают из платинового контейнера в графитовую форму, Выливание жидкого стекла в изложицу приводит к возникновению свилей. Технический отжиг стекла проводят в силитовой печи при 450С. Описываемый активный материал для лазеров позволяет уменьшить эффект концентрационного тушения люминесценции,достичь квантового выходалюминесценции, что важно для создания миниатюрных лазерных систем. Формула изобретения 1.Активный материал для лазеров на основе окислов фосфора и соединения неодима, отличающийся тем, что, с целью повышения удельного энергосъема, он содержит окисел лития или его сМесь с одним из окислов элементов первой группы - R jj О, где R - элемент из ряда Na, К, Rb, Cs, а в качестве соединений неодима взяты окисел неодима или его смесь с одним из окислов элементов третьей группы , где М - элемент из ряда La, Gd, Lu, Sc, I, Al, взятых в соотноше НИИ, мол.%: Nd,g,0j или + M,jOi 10-15 или . IliiQ + RoO 8-26 PgOg64-77 2.Материал поп.1, отличающийся тем, что окисел лития в смеси с одним из окислов элементов первой группы взят в количестве 1.25 мол.%.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Т,нкс

ОА

0,3

0,2

0,1

,0

o.s

W

го

П П, СН