Активный материал для оптических квантовых генераторов Советский патент 1979 года по МПК H01S3/09 

(54) АКТИВНЫЙ . МАТЕРИАЛ ДЛЯ ОПТИЧЕСКИХ КВАНТОВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

Изобретение относится к квантовой электррнике и может быть использбвано в технике оптической связи и оптической обработки информации, в молекулярной спектроскопии. Известны активные материалы для оптических квантовых генераторов (ОКГ), представляющие собой растворы красителей. Оптическая накачка в них производится лазерами, а перестройка осущ.ествляется в пределах полосы люминесценции 1. Однако такие активные материалы для ОКГ имеют ряд недостатков: растворы красителей являются жидкостями, что создает технологические трудности; полосы люминесценции их узкие (порядка десятков нм), что приводит к малому диапазону перестройки ОКГ, для работы ОКГ на растворах кра-: сителей необходимы высокие мощности возбуждения, достигаемые в большинстве случаев применением импульсных лазеров. Известен активный материал для оптических квантовых генераторов с оптической накачкой на основе ионного кристалла с примесными центрами 2. cn 3cs i«-Tijix.a«uia H 4Kis a « 3B«:-Ai «eift. Известный материал представляет собой ионный кристалл К,С1 с Рд (II)-центрами. Концентрация Fft (II)-центров составляет 10® - 10 смз. ОКГ с указанньш активным веществом работает по четырехуровневой схеме в непрерывном режиме при 77 К. Диапазон перестройки ОКГ 2,5-2,9/и, мощность излучения до 5 мВт. Однако недостатком ОКГ на кристаллах с F;(И)-центрами является-то, что оин способны перекрыть только диапазон длин волн от 2 до Зук. Кроме того, необходимо каждый раз перед работой ОКГ заново создавать F (II) -центры в рабочем кристалле путем рентгеновского облучения, так как Гд(11)-центры нестабильны при комнатной температуре. ОКГ на кристаллах с Рд(11)центрами работает только при температурах ниже 2,00 К. Цель изобретения - получение новых рабочих частот генерации, расширение диапазона рабочих температур и перестраиваемых частот. Указанная цель достигается тем, что ионный кристалл содержит примесные центры, имеющие основное состояние Sp и конфигурацию внешней электронной оболочки (п-. -l) s, а также тем, что ионный кристалл BaFt содержит примесные ионы В качестве конов-активаторов могут ис пользоваться Си , , All, Ga Int SrrT a в качестве ионных кристаллов - щёльчно-талоидные кристаллы, кристаллы типа флюорита, YiOs, а также кристалдцл типа А В (СаО, CaS, CaSe и т. д.). Концентрация примесных ионов 10®-10®. см . При возбуждении в полосе поглощения ..J,..j,..«....... „ ., ,....„ указанных ионов наблюдается интенсивная Люминесценция с квантовь1м выходом, близКИМ к единице. В зависимости от выбранйогО иойа и типакристалла эта люминесценВДЙ изй€ ня1ется в широком диапазоне волн от ультрафиолетовой области до инфрай красной (0,25-1/«). Установлено, что время жйзйи в рёлаксированном возбужденном трйплетном состоянии таких ионов составляет порядка (Р. Это позволяет легко создавать в таком состоянии инверсную населенность относительно основного нерелаксированного состояния, а, следовательно, получить стимулированное излучение в области полос люминесценции. : Для получения рабочих частот гене|ра« ции В-диапазоне длин волн 250-400 им в качестве активного материала выбран кристалл BaPi, содержащий прймеснь е JHOHH Pb Кристаллы BaFi, как извёстно, отлйчаются высокой прочностью, теплопроводностью, влагостойкостью....:...;Данный активный материал обладает полосами лкомин есценции, лежащими в ультра-; фиолетовой области, и возбуждается цветом с длиной волны 200-230 нм. Квантовый выход люминесценции близок к единице; На чертеже показаны типичные энергетические уровни 1, 2 3, 4 иона с электронной конфигурацией ns в кристалле. Работа ОКГ с предлагаемым активным йатериалом происходит следующим oi6paзом. , - .-..- Светом иакачки, соответствующим переходу 1-4 ион возбуждается на нерелаксйрованный уровень 4. Время жизни электронов на этом уровне порядка 10 с. Затем электроны безызлучательно переходят на релаксированнь1Й возбужденный триплетный уровень 3, время жизни на котором йорядка (Р с. С уровня 3 электроны переходят сначала в основное нерелаксйрованное состояние 2 (при этом лазер излучает), а затем, безызлучательно в основноесостояние I. Таким образом, уровни I, 2, 3, 4 образуют высокоэффективную четырехуровневую систему для работы ОКГ с оптической накачкой. Для создания инверсной населенности между уровнями 2 и 3 не требуется большой мощности: накачки, так как населенность уровня 2 близка к нулю. Наиболее подз одящим актирным материалом Для получЫия раб.очих частот генерации ОКГ в ультрафиолетовой области являются кристаллы BaFzjR, в которых полоса люминесценции с максимумом при 290 нм наиболее эффективно возбуждается светом с длиной волны 220 нм, пблоса люминесценции с максимумом при 350 нм - светом с длиной волны 230 нм. Для оптической накачки РКГ может использоваться мощная водородная йампа или гармоники импульсных лазеров. По сравнению с известными предложенный активный материал ля перёстраивае. .,. . мых ОКГ позволяет получить новые рабочи частоты генерации otближней ультрафиолетовой до инфракр снрй области (в дИйпйзЬне длин волн 0,25-1 м), в 5-10 раз расширить диапазон, перестраиваемых частот ОКГ и расширитьрабочий диапазон температур до 300 К: ;::. Формула изо етения . - АкТивнь1Й материал для оптических квантовых тенераторов с оптической накач1СОЙ на основе ионного К1 исталла с примеснами центрами, огл«« с1/ои{ый я тем, что, с целью получения новых рабочих частот генерации, расширения диапазона рабочих температур и перестраиваемых частот, ионный кристалл содержит ||римесные центры, йменэщйе основное состояние So и конфигурацию внеш.ней элекронной оболочки (п- .-UdOnS 2. Активный материал по п. I, отличающийся тем, что ионнцй кристалл BaFj содержит примесные нойы РЪ. V Источники информации, прийятые во внимание при экспертизе Г. Успехи физических наук, 118, 2, 1976, с. 199. 2. Moilenauer L F. D. Н. Y. Appl. Phys., 46, 1975, с. 3109 (прототип).