АКТИВНОЕ ВЕЩЕСТВО ДЛЯ ЖИДКОСТНЫХ ЛАЗЕРОВ Советский патент 1994 года по МПК H01S3/207 

Изобретение относится к области квантовой электроники, а именно, к жидким активным средам для лазеров, которые широко используются для получения мощного непрерывного излучения в лазерах и усилителях.

Известно активное вещество для лазеров и усилителей, представляющее собой растворы неорганических соединений редкоземельных элементов, в которых в качестве растворителя использована хлорокись селена SeOCl₂ с добавкой хлорида металла, а в качестве активатора использованы ионы редкоземельных элементов и др.

Значительное количество активных веществ для жидкостных лазеров, активированных ионами редкоземельных элементов синтезируются на основе растворителя - хлорокись фосфора (POCl₂) в матрице POCl₃⁺ галогенид металла.

Известно активное вещество для жидкостных лазеров и усилителей, в котором в качестве основы использованы хлорид галия (GaCl₃) в количестве 65-80 мас. % и хлорокись фосфора POCl₃ в количестве 15-32 мас.%, а в качестве активатора - соединения редкоземельных элементов в количестве 0,05-25 мас.%. Это активное вещество имеет ряд существенных недостатков:
в качестве растворителя оно содержит чрезвычайно токсичный фосфорсодержащий растворитель - хлорокись фосфора;
высокая токсичность хлорокиси фосфора ограничивает возможность увеличения объема активного вещества в жидкостных лазерах и усилителях, а следовательно, и их мощность;
технологические трудности в приготовлении и эксплуатации активного вещества, содержащего хлорокись фосфора, связаны с высокой токсичностью и гигроскопичностью хлорокиси фосфора;
активное вещество на основе хлорокиси фосфора должно быть надежно защищено от любого контакта с воздухом. Контакт с воздухом в течение 1 мин приводит к тому, что в инфракрасных спектрах активного вещества на основе POCl₃ при толщине поглощающего слоя 1 мм обнаруживаются полосы поглощения ОН-группировок. Наличие же ОН-группировок приводит к безызлучательной диссипации энергии возбуждения активатора.

Цель изобретения - увеличение мощности лазера за счет использования практически нетоксичного и дешевого активного вещества, позволяющего использовать любой объем активного вещества в лазерах.

Цель достигается тем, что активное вещество для жидкостных лазеров, активированное ионами редкоземельных элементов в качестве растворителей содержит четыреххлористый углерод (CCl₄) и хлорид галия (GaCl₃), а в качестве активатора - соединения редкоземельных элементов при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
Четыреххлористый углерод 87,5 - 92,3 Хлорид галия 6,8 - 11,1 Хлорид неодима 0,9 - 1,4
Предложенное активное вещество синтезировали следующим образом. Во взвешенные ампулы на 200 мл заливали расплавленный хлорид галлия (t_пл. = 79^оС) и по разности масс определяли навеску GaCl₃. Затем в эту же ампулу добавляли рассчитанное количество NdCl₃, так, чтобы соотношение GaCl₃:NdCl₃ (мас. % ) было 89:11. Ампулу запаивали и полученную смесь GaCl₃:NdCl₃ растворяли сольвотермальным методом при температуре 90-100^оС в течение 3-х ч. Затем ампулу вскрывали и добавляли рассчитанное количество CCl₄ так, чтобы соотношение компонентов GaCl₃ и CCl₄ было эвтектическим. Ампулу снова запаивали и сольвотермальным методом растворяли смесь 3-х компонентов при 80-90^оС в течение 1 ч. По охлаждении получали прозрачный оптически однородный раствор.

Состав и свойства синтезированного таким способом активного вещества приведены в таблице.

Таким образом, по сравнению с известным активным веществом, в предложенном активном веществе в качестве одного из компонентов растворителя использован практически нетоксичный и дешевый растворитель - четыреххлористый углерод (токсичность CCl₄ в 2500 раз ниже токсичности POCl₃ и стоимость 1 кг CCl₄ марки ОСЧ в 16 раз меньше POCl₃, что позволяет неограниченно увеличить объем активного вещества в жидкостных лазерах, а следовательно, и их мощность.

Использование предложенного активного вещества позволяет получить узкую ширину линии люминесценции на волне 1,06 мкм - 5-6 см, т.е. такую же ширину линии, как и в твердотельных активных веществах.

Благодаря использованию нетоксичного и негигроскопического растворителя - четыреххлористого углерода обеспечивается простота технологии приготовления и эксплуатации активного вещества. При контакте с воздухом CCl₄ в течение 1 недели в его инфракрасных спектрах при толщине поглощающего слоя 1 мм ОН - группировки не обнаруживаются, и, следовательно активатор - ионы РЗЭ не несут безызлучательных потерь энергии активации.

АКТИВНОЕ ВЕЩЕСТВО ДЛЯ ЖИДКОСТНЫХ ЛАЗЕРОВ, активированное ионами редкоземельных элементов, отличающееся тем, что, с целью увеличения мощности лазера, оно содержит в качестве растворителей четыреххлористый углерод и хлорид галия, а в качестве активатора - соединение редкоземельных элементов при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
Четыреххлористый углерод 87,5 - 92,3
Хлорид галия 6,8 - 11,1
Хлорид неодима 0,9 - 1,4