книги / Многоуровневые функциональные схемы кристаллических лазеров

Кристалл

Lu2Si05

Lu3Sc2Al30i2

Lu3Ga50 i2

РЬ5СезОн

РЬМоО*

BiiSiaOu

BivGeaOi2

Пространст­	венная группа	Количество каналов СИ
C Zh		2
O f		3
O	f	3
		1
c l		1
T \		2
к		5

	Активаторный ион
ргз+ NdJ+-	Eua+ Ноа+	Ег*+ Т т а+ у ь»-*-
+
+		+
+		+
+
+
+	+	+

* В системе Y^Nrlj _ xP5Ou образуется несколько соединений с различной структурой [831.

** Также известны	кристаллы NdAb(B03)4 с цент росимметричной структурой — их пространствен­
ная группа С2/с	[242].

Таблица 1.4. Оксидные лазерные кристаллы с упорядоченной структурой с ионами группы железа в качестве активаторов [2, 10, 80]

Кристалл

ВеАЦ04

ВеА1сОю

Ве3А1г (ЭЮз) 0

BeScA104

MgO

Mg2Si04

AI2O3

A12(W04) 3

ScB03

ZnW04

CaMg2Y2Ge30i2

Ca3Ga2Ge30i2

YAlOa

Y3A150 |2

Y3Sc2Ga30 i2

YaGasOia

(La, Ьи)г(Ьи, Ga)2Ga30 i2

Простран­	Количество
ственная	каналов
группа	СИ

Dl		3
		1
D \ K		1
Dl		1
0	\	1
D ? h		1
		3
Dl i		1
D l a		1
		1
O	f	1
O	f	1
		1
0 } ?		1
O	f	1
O	f	1
o	f	1

Ni2+

+

+

Активаторный нон

ТР+

СгН-

d -c *

++

+(?)

++

+

+

+

+ (?)

+

+

4-

Кристалл

GdaSczAbOij

GdaScjGajOi2

Gd3Ga50 i2

* d-c — дефект-центр.

Простран­	Количество		Активаторный ион
ственная	каналов
группа	СИ	Ni*+	Ti3+	Сг»+	d-c *

oS9	1	+
о ?	1	+
О?	1	+

Таблица 1.5. Фторидные лазерные кристаллы с разупорядочепной структурой с 1 л1 3+-активаторами [2, 10, 80]

Кристалл

5NaF-9YF3

CaF2—ScF3

CaF2-SrF2

CaF2-YF3

Ca2Y 5F 19

CaF2-LaF3

CaF2-Ce02

CaF2-CeF3

CaF2-NdFj

CaF2-GdF3

CaFz-HoF3

CaF2-ErFj

CaF2-LuF3

SrF2-ScF3

SrF2—YF3

Sr2Y3Fi*

SrF2-LaF3

SrF2-CeF3

SrFz—NdF*

SrF2-GdF,

SrF2-ErF3

SrF2-LuFj

YFe-SrF2

Пространственная группа

o l

0 \

OJ

DU O l 0 \ O l 0 \ O l O l O l Ol o l Ol DU O l Ol o l O l Ol O l

Количе­

ство

каналов

СИ

2

2

1

5

2

2

2

1

2

2

1

5

2

2

2

3

2

2

2

2

3

2

1

Активаторный ион

Nd3+ Но3* Ег»+ Tm3+

+

+

+ + +

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

++

++

+

++

+

+

	Простран­	Количе­	Активаторный ион
Кристалл		ство
	ственная	каналов	Nd»+ Но’+	Er»+ Tm*+
	группа	СИ

CdFa—ScF3

CdF2- Y F 3

CdF2—CeF3

CdF2—LaF3

CdF2-N d F 3

CdF2—GdF3

CdF2-L u F 3

BaF2-Y F j

B21F2—LaF3

BaFa-C eF 3

BaF2-N d F 3

B aFj-G dF 3

BaF2-E rF 3

BaF2-L u F 3

LaF3-S r F 2

GdF3—CaF2 a-NaCaYFj a-I^TaCaCeFe a-NaCaErFe

CaF2-Y F 3-N d F 3

CaF2-H o F 3-E rF 3

CaF2—ErF3—TmF3

SrFz—GGF3—GdF3

CdF2—YF3—LaF3

CaF2—ErF3-T m F 3—YbF3

CaF2-S r F 2-B a F 2-Y F 3-L a F 3

Ol	2
° l	2
0 \	2
Ol	2
° l	1
Ol	2
0 \	2
Ol	2
Ol	3
0\	1
0 \	2
Ol	1
Ol	1
Ol	3
	2
D U	1
Ol	2
o l	2
Ol	2
Ol	1
O l	2
O l	2
Ol	1
Ol	1
O l	1
Ol	1

+

+

+

-f

+

+

+

4-

+

+

+

+

+

++

++

+

+

+		+
+
+	+
	+	+
+		+
+
+
+

Таблица 1.6. Оксидные лазерные кристаллы с разупорядоченной структурой с Ьн3+-актнваторами [2, 10, 80]

	Простран­	Активаторный ион
Кристалл		Количество
	ственная	каналов СП	ТшН
	группа	Nd*+ НоЧ ЕгН

LiLa (Mo04)2

C U	2	+

LiGd(MoOi)a

c i h

2

+

Кристалл	Простран­	Количество
	ственная	каналов СИ
	группа
NaY (Мо04) г	cl	i
NaGd(Mo04) 2	cl	2
NaLa(Mo04) 2	cl	3
NaLa(W04) 2	Cl	2
Na3Nd(P04)z	D ? h	1
Na5Nd(W 04)t	Cl	1
NaGd(W04) 2	cl	1
NaBi(Mo04) 2	Cl	1
NaBi(W 04)2	cl	1
KLa(Mo04) 2	Cl	6
KsNd(P04)2	Cl	1
KsNd (MoOt) 4	DU	1
KsBi(Mo04)4	Dl	1
Ca2MgSi207 *	DU	1
Ca2Ga2Si07	Dl	2
Ca3Ga2Ge40 i4	Dl	2
Саз (Nb, Ga) 2Ga30i2	01°	2
CaY (Si04) зО	cl	2
Ca0i25Ba0,75 (NbOa) 2	Dft	1
CaLa4 (Si04) зО	Cl	2
Са4Ьа(Р04)зО	Cl	1
CaGdi (Si04) 3O	cl	1
Sr3Ga2Ge40 i4	D\	2
SrY4(Si04) s0	cl	1
SrLa4 (Si04) 3O	Cl	1
YSc03	T 7k	1
Zr0 2—Y2Oa	0\	2
Zr02-E r203	O k	3
Ba2NaNb50 i5	СЦ	1
Ba2MgGe207 *	DU	1
Ba2ZuGe207 *	DU	1
BaLaGas07 *	DU	1
LaMgAliiOi®	Dl	2
7La20 3-9Si02	cl	1
La3Ga5SiOu	*>\	2

	Активаторный ион
Nds+	Но8+	Ег*+	Тт*+
+
+
+	+
+
+
+
+
+
+
+	+	+
+
+
+
+
+
+
+
+	+
+
+
+
+
+
	+
+
+
+
	+	+	+
+
+
+

+

+

+

+

—

	Простран­	Активаторный ион
Кристалл		Количество
	ственная	каналов СИ
	группа	NdHНо3* ЕгН Т т1*

La3Ga5GeOi4	D l	2	+
La3Ga5|5Nbof50i4	* 5	2	+
La3Ga5.5Tao.5O14	D l	2	+
LaSr2G an 02o	C \ h	2	+
Nd3Ga5SiOi4	D l	2	+
LuScOa	T \	1	+
H f02« Y 20 3	0 1	2	+
B 14(Si, Ge) 3O12 *	7*6	1	+
	1 d
P"-Nai+acMgjcAlu_iOi7	D h	1	+

* Изучен предварительно.

Таблица 1.7. Оксидные лазерные кристаллы с разупорядоченной структурой с Сг3+-активаторами [76-78]

	Про­	«	0	Актива-
				торный
Кристалл	стран­	г	§	ион	Кристалл
	ственная	й 2 5
	группа	l e g s		Сг*+
		й О SO
Ca3Ga2Ge40u	D\		1	+	La3Ga5GeOi4
Sr3Ga2Ge40i4	D\		1	+	La3Ga5.5Nbo.5014
La3Ga5SiOu	D l		1	+	LaaGas^Tao.sOu

Про­

стран­

ственная

группа

to со to

D l

D\

g		§	Актива-
			торный
l o		g	ион
I	s	i g	Сг3*
►4	0 SC
		1	+
		1	+
		1	+

Таблица 1.8. Заполнение кристаллографических позиций в лазерных матрицах-основах с разупорядоченпем кристаллического поля на 1л13+-активаторных ионах [75, 95, 96]

Кристаллографическая позиция с гетеровалентвыми катионами

Кристалл	Сингония			Коорди­
		Позиция	Симметрия	национ­	Заполнение
				ное
				число
Са3 (Nb, Ga)2Ga30 i2	Кубич.	16а	Си	6	Ga3+: Nb*+ = 1 : 6
LaSr2Gan02o	Монокл.	4с	С.	7	Sr*+: La3+ - 1 : 6
La3Ga5Si0 i4	Тригон.	2 d	с ,	4	Ga3+ : Si4+ = 1:1
LaaGasGeOu	Тригон.	2 d	с>	4	Gas+ : Ge*+ = 1:1
NdaGasSiOu	Тригон.	2 d	с ,	4	Ga3+: Si*+ = 1 : 1
Ca3Ga2Ge40i4	Тригон.	1а	Ds	6	Ga5+: Ge‘+ = 1 : 4
		з/	с г	4	Ga3+: Ge4+ = 3 : 2
SraGa2Ge40i4	Тригон.	1а	D3	6	GaJ+: Ge*+ ^ 2 : 3

Рис. 1.2. Спектры люминесценции ионов Nd3+ (канал - » *1ц/г) в упорядоченном соедн-

пении CsLa(W04)2 и в кристаллах Sr1_xCe;tF2+a: и Ga2Ga2Si07 с разулорядоченпой структурой

о — зоо к, б — 77 к

Стрелками указаны линии, на волнах которых возбуж* дена генерация СИ]

элементарных активаторных центров, от­ личающихся по структуре, но имеющих близкое штарковское расщепление энер­ гетических состояний. Строение элемен­ тарных центров н их многообразие бу­ дут определяться отмеченными выше статистическими свойствами атомного строения данного кристалла, т. е. сте­ пенью допустимой разупорядоченности его структуры, которая в некоторых случаях будет зависеть и от концентра­ ции Ln3''-активатора. Характерными осо­ бенностями Ьп3+-квазицептров в крис­ таллах с разупорядоченной структурой являются их неоднородно уширенные по­ лосы в их спектрах поглощения и лю­ минесценции (рис. 1.2), и обычно более широкие линии генерации СИ при крио­ генных температурах, чем при комнатной. В кристаллах с упорядоченной струк­

турой картина обратная — все межштарковские абсорбционно-люминесцентные переходы Ьп3+-ионов имеют однородно уширенные линии 12, а следовательно, и более узкие линии СИ при низких температурах. Отмеченные здесь особенности

лазерных кристаллов с упорядоченной и разупорядоченной структурой					убе­
дительно иллюстрируют показанные на рис. 1.3—1.5 спектры генерации					СИ
ионов Nda+во	фтор- и кислородсодержащих	кристаллах.		строения разу-
Анализ и	систематизация результатов изучения атомного
порядоченных лазерных кристаллов и данных		исследования		спектроскопичес­
ких свойств и СИ показывают (2, 10, 80,87],		что	природа	разупорядочения
кристаллического поля на их Ьп3+-активаторах			связана с двумя фундамен­
тальными закономерностями. Первая из них — структурно-динамическая					раз-

упорядоченность — наиболее ярко проявляется в бинарных системах с гетеровалентным изоморфизмом,например, в многочисленных нестехиометрических фа­

зах Mei-xRsFj+x и Rj-xMe^.*, где Me =	Са, Sr, Ва, Cd, РЬ и R = Y, Sc, Ln
[2, 10, 75]. Названа она динамической	потому, что степень разупорядочения

структуры будет зависеть отвеличины х. Так, в кристаллах Me1_xRxF2+K при увеличении х, т. е. концентрации трифторида, имеет место не простое внедрение зарядокомпенсирующих анионов F- в соседнее межузлие с R 3+-HOHOM, а замена

одного (или нескольких) аниона исходной структуры на два (или более) аниона F- на каждый R3+-KaTHOH, причем F" располагаются не в центрах пустых кубов структуры флюорита, а статистически смещены но направлению к ним на не­ которое расстояние. Если говорить о статистически вероятном полиэдре в этих кристаллах, то при х, близких к предельным, им будет девятивершинник в виде искаженного куба [92]. С большой вероятностью можно также сказать, что

1 При криогенных температурах может наблюдаться неоднородное ушпренпе линий Из-за

дефектов реэлтой структуры кристаллов.