книги / Многоуровневые функциональные схемы кристаллических лазеров
..pdfPuc. 6.5- Упрощенные диаграммы дезактивационных схем генерации «ионов Ег3* в диэлектрических кристаллах]
Обычными стрелками показаны люминесцентные каналы. Остальные обозначения,* как на рис. 6.1
Рис. 6.6. Упрощенные диаграммы дезактивационных схем генерации Ln3^ попов в диэлектрических кристаллах
а — для ионов Ега+; б — для ионов Но1* Обозначения, как на рис. 6.1 и 6.5
нитывают уровни начального лазерного состояния 4/и/„ а ионы-дезактнваторы
после актов генерации опустошают уровни мультпплета 4/»/„ существенно сокращая его люминесцентное время жизни. Во всех случаях СИ при 300 К происходит на одном межштарковском переходе [90, 91], заканчивающемся на нижнем уровне состояния 4/и/,, что имеет важное значение, например, для по
лучения одномодового режима трехмикронной генерации.
Применение многоуровневых функциональных схем Ьп3+-ионов, где про
цессу ]СИ {способствует активный обмен энергии 'электронного возбуждения
Рис. 6.7. Упрощенная диаграмма фид-фловин- говои схемы генерация ионов Ег3+ в алюминие вых гранатах
Обозначения, как на рис. 6.1 и 6.5
Л%
между коактиваторами, в настоящее время является наиболее эффективным методом улучшения энергетических характеристик кристаллических лазеров с широкополосной ламповой накачкой. Только благодаря использованию принципа сенсибилизации эффективность многих кристаллических лазеров повысилась до уровня, который удовлетворяет требованиям современной при кладной квантовой электроники (см., например, обзоры [7, 8,10,14, 99]). Имеют ся также основания надеяться, что рассмотренные выше схемы не утратят своих преимуществ и в случае применения селективного лазерного возбужде ния. Здесь необходимо отметить заметный прогресс, достигнутый в последние годы, в разработке мощных монолитных решеток (батарей) полупроводниковых лазеров [100]. В этом случае сенсибилизационные схемы упростят решение задачи совмещения полос активного поглощения генерирующего активирован ного кристалла с узкополосным излучением селективных источников накачки. Что касается дезактивационных схем, то их их эффективность может только повыситься. Поэтому поиск как новых дезактиваторных, так и сепсибилизаторных ионов остается актуальным. Требуется также более детальное изучение процесса взаимодействия между различными коактиваторами. Здесь можно назвать вопрос об эффективности процесса передачи энергии между Ln3+- коактиваторами, когда взаимодействие обусловлено 5d — i f ж i f — i f перехо
дами (напрнмер, обмен энергией между ионами Се3+и Nd3+). Также неизучен ной осталась сенсибилизация в кристалле Ca3(V04)2—Nd3+ [98]. По мнению
авторов этой публикации, в этом соединении от комплексов (V04)3- энергия электронного возбуждения передается генерирующим ионам Nd3+. Этот спи сок нерешенных задач можно продолжить.
|
ЛИТЕРАТУРА |
|
|
|
|
|
1. |
Johnson L . F . , Van |
U itertL .G ., |
Rubin J . J . , |
Thomas R . A . // Phys. Rev. |
1964. Vol. |
|
|
133A. P. 494. |
|
|
|
|
|
2. DexterD . L . // J. Chem. Phys. 1953. Vol. 21. P. 836. |
конденсированных |
средах» / |
||||
3. |
Труды Всесоюзного |
семинара |
«Передача энергия в |
|||
|
Отв. ред. А. С. Агабекян. Ереван: Изд-во АН |
АрмССР, |
1970. |
|
4. |
Optical properties of ions in solids / Ed* B. |
DiBartolo. N. Y.: L.: Plenum press, 1975. |
5. |
Агранович В. M., Галанин М. Д . Перенос |
энергии электронного возбуждения в кон |
денсированных средах. М.: Наука, 1978.
6. Kaminskii А. А . Laser crystals, their physics and properties. Berlin etc.: Springer, 1981.
7.Handbook of laser science and technology / Ed. M. J. Weber. Boca Raton: CRC press, 1982. Vol. 1.
8.Energy transfer processes in condensed matter / Ed. B. DiBartolo. N. Y.; L.: Plenum press, 1983.
9.Каминский A, A . // Изв. АН СССР. Сер. физ. 1981. T. 45. C. 348.
10. |
Физика и спектроскопия |
лазерных кристаллов// А. А. Каминский, Л. К. Аминов, |
|
11. |
B. Л. Ермолаев, и др. М.: |
Наука, |
1986. |
Каминский А. А ., Бутаева |
Т. И ., |
Иванов А, О. и др. // Письма в ЖТФ. 1976. Т. 2. |
С.787.
12.Каминский А. А., Петросян А. Г . // ДАН СССР. 1979. Т. 246. С. 63.
13. Ivey II. F. // Proc. Intern. Conf. Luminescence. Budapest, 1966. P.2027.
14.Спектроскопия кристаллов/ / Отв. ред. А. А. Каплянскпи. Л.: Наука, 1985.
15.Spectroscopy of гаге earth ions in crystals / Ed. A. A. Kaplyanskii, R. M. Macfarlane. Amsterdam: North-Holland, 1987.
16.Beck R., Gurs K. //J. Appl. Phys. 1975. Yol. 46. P. 5224.
17.Каминский A. A ., Курбанов K .r Уварова T. В. // Изв. АН СССР. Неорган.материалы.
1987. T. 23. С. 1049.
18. Каминский А. А ., Курбанов К., Пелевин А . В. и д р ./ / Там жэ. С. 1934.
19.Каминский А. АШкадаревич А. /7., Милль Б. В . и др. // Там же. 1988. Т. 24. С. 690.
20.Bass М .9 Weber М . J. // Appl. Phys. Lett. 1970. Vol. 17. P. 395.
21.Kiss Z. Duncan R. С. II Ibid. 1964. Vol. 5. P. 200.
22. |
Данилов А. А., |
Жариков E . B .T Заварцев 10. Д. |
и др. // Квантовая электрон. |
1987. |
||
23. |
Т. 14. С. 1651. |
Huber G., PrussD. et al. // Appl. Phys. 1982. Vol. B28.P. 234. |
|
|||
Beimowskii A., |
Т. 9. |
|||||
24. |
Жариков E . 2?., Ильичев II. Я., |
Лаптев В . В. п др. // Квантовая электрон. 1982. |
||||
25. |
C. 568. |
|
Куратев И. И. и др. // Изв, АН СССР. Сер. физ. 1984. |
|||
Жариков Е . В Ж и т н ю к В. А., |
||||||
26. |
Т. 48. С. 1346. |
Орлов М. С., Петров М. В. л |
д р ./ / Оптика п спектроскопия. |
1979. |
||
Казаков Б . Я., |
||||||
27. |
Т. 47. С. 1217. |
Castleberry D G a b b e D., |
Linz A . U Digest Techn. Pap. Conf. Lasers and |
|||
JenssenH. Р., |
||||||
|
Electro-opt. Wash. (D. C.): OSA/IEEE, |
1973. P. 47. |
|
28.Johnson L. PM Guggenheim H. / . // Appl. Phys. Lett. 1973. Vol. 23. P. 96.
29.Мак А. А ., Антипенко Б . M. // Журн. прпкл. спектроскопии. 1982. T. 37. С. 1029.
30.Kaminskii A. A. //Radiationless processes / Ed. В. DiBartolo. N. Y.; L.: Plenum press, 1980. P. 499.
31.Каминский А . А., Петросян А . Г. // Изв. АН СССР, Неорган. материалы. 1979. T. 15.
С. 543.
32. |
Johnson L. FM GeusicJ. Е., Van |
Uitert L. G.ff Appl. Phys. Lett. 1965. |
Vol. 7. |
P. 127, |
33. |
Kaminskii A. A., Kurbanov JC, |
Petrosyan A. G .// Phys. status solidi A. |
1987. |
Vol. 98. |
P. K57.
34.Hopkins R. Я., Seidensticker R. G. // J. Cryst. Growth. 1971. Vol. 11. P. 97.
35. Stenbruegge К . В., Henningsen Г., Hopkins R. H. et al. // Appl, Opt, 1972. Vol. 11.
P. 999.
36.Johnson L. F., Remeika J. P ., Dillon J. F. // Phys. Lett. 1966, Vol. 21. P. 37.
37. |
Антипенко Б. Л/., |
Подколзина И. Г., Томаиивич /0. В. // Кваигэвая |
электрон. 1980. |
38. |
Т. 7. С. 647. |
Соболев Б. П., Саркисов С. Э. и д р ./ / Изв. АН |
СССР. Неорган. |
Каминский А. А ., |
|||
|
материалы. 1982. |
Т. 18. С. 482. |
|
39.Каминский А. А., Федоров В. А., Петросян А. Г. и др. // Там жз. 1979. Т. 15. С. 1494.
40.Remski R . L., Jams L. Т.у Gooen К. Я. et al. // IEEE J. Quant. Electron. 1969. Vol. 5.
P. 214.
41.Chiclclis E . P., Naiman C. S . y Fohoeiler R. C.y Doherty J . L. // Ibid. 1972. Vol. 8. P. 225.
42. Barnes P ., Gettemy D. |
/ . , Chicklis E. P. et a l./ / Techn. Digest Intern. Conf. «Lasers-80». |
New Orleans, 1980. |
P. 29. |
43.Дмитрук M . B .} Каминский А . А., Осико B. 5 ., Фурсикоз А/. А/. 7 Изв. АН СССР.
Неорган, материалы. 1967. Т. 3. С. 579.
44.Баедасаров X . С-, Каминский А. А., Соболев Б. Я. // Там же. 1969. Т. 6. С. 617.
45. |
Морозов А . А/., |
Петров А/. Я , Старцев В. Р . и др. // Оптика н споктроскоаия, |
1976. |
||||||
46. |
Т. 41. |
С. 1086. |
|
|
др. // Спектроскопия |
кристаллов/ |
|||
Коровкин А. А/., Морозов А. А/., Ткачук А. Af. и |
|||||||||
|
Отв. |
ред. А. А. Каминский, 3. Л. |
Моргонштерн, |
Д. Т. Свиридов. |
М.: |
Наука, |
1975. |
||
47. |
С 281 |
|
Cham. Phys. |
1966. |
Vol. 44. |
P.3514. |
|
||
Van |
Uitert L. G., Johnson J. F. // J. |
|
|||||||
48. |
Hoskins R . H . , |
Sof f e rB . I l . f i IEEE |
J. Quant. Electron. |
1986. Vol. |
2. P .253. |
|
49. Багдасаров X . С., Богомолова Г. А ., Гриценко М. М . п др. // Кристаллография. 1972
Т. 17. С. 415.
50.Каминский А . А . // Спектроскопия кристаллов / Отв. ред. А. А. Каминский, 3. Л. Мор-
генштерн, Д. Т. Свиридов. М.: Наука, 1975. С. 92.
51. |
Антипенко Б . М ., |
Воронин С. П ., |
Мак А . А . и д р ./ / Письма в ЖТФ. 1978. Т. 4. |
|||||
52. |
С. 80. |
|
|
|
|
и д р ./ / Кристаллография. |
1973 |
|
Багдасаров X . С., |
Каминский А . А ., |
Кеворков А . М . |
||||||
53. |
Т. 18. С. 1083. |
Мурина Т. М ., |
|
|
|
II Крат, |
сообщ. |
|
Александров В. К ., |
ЖековВ . К. , |
Татаринцев В. М. |
||||||
54. |
по физике. 1973. № 2. С. 17. |
Федоров В .А . |
и |
д р ./ / Изв. АН |
СССР. Нсорган. |
|||
Каминский А . А ., |
Петросян А . Г., |
|||||||
|
материалы. |
1981. |
Т. 17. С. 1920. |
|
|
|
|
|
55. |
Kam im kii A . |
A ., Sobolev В . Р., Uvarova Т. V. // |
Phys. status solidi |
А. 1983. Vol. 78. |
Р. К13.
56.Антипенко Б. М ., Глебов А . С., Киселева Г. И ., Письменный В. А. И Оптика и спектро
скопия. 1986. Т. 60. С. 153.
57.Duczynski Е. И7., Huber G., Ostroumov V. G., Shcherbakov I, A . // Appl. Phys. Lett. 1986.
•Vol. 48. P. 1562.
58. Johnson L . F., Guggenheim H . J . / I IEEE J. Quant. Electron. 1974. Vol. 10. P .442.
59.Каминский А. А., ПавлюкА. А ., Клевцов Л . В. и др. // Изв. АН СССР. Нсорган. мате
риалы. 1977. Т. 13. С. 582.
60. |
Weber M . J . , |
Bass М ., |
Varitimos Т., B u a D . f / IEEE J. Quant. Electron. |
1973. Vol. 9. |
61. |
P. 1079. |
Bass M ., |
Comperchio E., Riseberg L. A . // Ibid. 1971. Vol. |
7. P .497. |
Weber M . J ., |
62.Johnson L . F., Geusic J. E ., Van Uitert L. G. II Appl. Phys. Lett. 1966. Vol. 8. P. 200.
63.DeShazer L. G., BassM. , Ranon U. et a l ./ / Digest Techn. Pap. VIII Intern. Quant.
Electron. Conf. San Francisco, 1974. P. 7.
64.Wunderlich J. A ., Sliney J. G., DeShazer L. G. II IEEE J. Quant. Electron. 1977. Vol. 13.
P. 69.
65.Kaminskii A . A . II Phys. status solidi A. 1985. Vol. 87. P. 11.
66. Багдасаров X . С., Каминский А . А ., Кеворков A . M ., Прохоров A . M . И ДАН СССР.
1974. T. 218. С. 810.
67.Kaminskii A . A ., Bogdasarov Kh. S., Petrosyan A . G., Sarkisov S. E. II Phys. status solidi
A. 1973. Vol. 18. P. K31.
68. Hopkins R . II., Melamed N . T., Nenningsen T., Roland G. W . II J. Cryst. Growth. 1971.
Vol. 10. P. 218.
69.Врсенев П . П . U Укр. физ. жури. 1970, T. 15. С. 689.
70.Robinson М ., Devor D. Р. И Appl. Phys. Lett. 1967. Vol. 10. P. 167.
71.Воронъко IO. К ., Дмигпрук M . В ., Мурина Т. М ., Осико В . В. II Изв. АН СССР. Не-
орган. материалы. 1969. Т. 5. С. 506.
72. |
Багдасаров X . С., |
Богомолова Г . А ., |
Вылегжанин Д . Н . |
и д р ,/ / ДАН |
СССР. 1974. |
|
73. |
Т. 216. С. |
1247. |
Каминский А . А ., |
Кеворков А . М . и |
д р ,/ / Там же. |
1974, Т. 218. |
Багдасаров |
X . С., |
С. 550.
74.Каминский А . А . // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. 1971. Т. 7. С. 904.
75. Жариков Е. В ., Ильичев Н. Н ., Калитип С. П . и др. // Квантовая Электрой. 1986.
Т.13. С. 973.
76.Каминский А . А . II Изв. АН СССР. Неорган. материалы. 1979. Т. 15. С. 1028.
77.Forrester Р. A ., Sampson D . F. И Proc. Phys. Soc. London. 1966. Vol. 88. P. 199.
78.Hobrock L. M ., DeShazer L. G., Krupke W. F. et al. // Digest Techn. Pap. VII Intern.
Quant. Electron. Conf. Montreal, 1972. P. 15.
79. Иванов А . О., Мочалов И . В ., Ткачук А . М . и др. // Квантовая электрон. 1975. Т. 5.
С. 117.
80.Caird J . A ., DeShazer L. G., Nella J. // IEEE J. Quant. Electron. 1975. Vol. 11. P. 874.
81.Каминский A . A ., Петросян A . Г ., Ованесян К. Л. И Изв. АН СССР. Неорган. мате
риалы. 1983. Т. 19. С. 1217.
82.Каминский А . А ., Осико В . В . // Там же. 1967. Т. 3. С. 583.
83. |
S offer В. Н., Hoskins R . И. И Appl. Phys. Lett. |
1965. Vol. 6. P.200, |
84. |
Горбачев В . A ., Ж е к о в В . И . , Мурина Т. М . и |
др. И Крат, сообщ. по физике. 1973. |
№4. С. 16.
85.Van Uitert L. G., Grodkiewicz W. II., Dearborn E. F. II J. Amer. Ceram. Soc. 1965. Vol. 48.
P. 105.
86. |
Каминский A . A ., |
Петросян A . Г ., Федоров В . A . И ДАН |
СССР. 1981. |
Т. 257. |
С. 79. |
87. |
Robinson M . t Asawa C. К . И 3. Appl. Phys. 1967. Vol. 38. |
Р. 4495. |
Т. 69. |
С. 860. |
|
88. |
Богомолова Г. А ., |
Вылегжанин Д . Н., Каминский А . А . // ЖЭТФ. 1975. |
|||
89. |
Багдасаров X . С ., |
Каминский А . А ., Кеворков А . М ., Прохоров А . М .II Квантовая |
|||
|
электрон. 1974. Т. |
1, С. 1666. |
|
|
|
90.Kaminskii А . A ., Petrosyan A . G., Denisenko G. A . et al. // Phys. status solidi A. 1977.
Vol. 39. P. 541.
91. |
Kaminskii Аш A ., Butaeva Т. /., |
Fedorov V. A . |
et al. // Ibid. 1982. Vol. 71. P. 91. |
|||||||
92. |
Machan |
Kurtz R ., |
Bass M. et al. // Appl. |
Phys. |
Lett. 1987. Vol. 51. P.1313. |
|||||
93. |
Ткачук A . М ш> Петров M. |
Ливанова Л . Д., |
Кораблева С. Я. // Оптика и спектро |
|||||||
94. |
скопия. |
1983. |
Т. 54. |
С. 1120. |
|
et al. II Appl. Phys. Lett. 1987. Vol. 51. P. 1218. |
||||
£А« Ж. <?., Xwrto Я., |
АГасАал / . |
|||||||||
95. |
Каминский А . А ., |
Саркисов С. Э., |
Рябчепков В . В. |
п др. II Кристаллография. 1982. |
||||||
96. |
Т. 27. С. 193. |
А ., |
Федоров В. |
|
А ., |
Мочалов И . В, |
II ДАН СССР. 1980. Т. 254.С. 604. |
|||
Каминский А . |
|
97.Каминский А. Л., Павлюк Л. Л ., Клевцов Я. В . и др. II Изв. АН СССР. Неорган.
материалы. 1977. Т. 13. С. 582.
98. |
Brixner L . Я ., |
Flournoy А . Р. I/ J. Electrochem. |
Soc. |
1965. Vol. 112. Р. 303. |
99. |
Krupke W. F .t |
Shinn M . Я., Marion J. E. et al.// J. |
Opt. |
Amer. Soc. 1986. Vol. 3. |
P . 102.
100.Topical meeting on tunable solid state lasers: Techn. Digest Ser. Wash. (D. C.): OSA Opt. Soc. Amer., 1987. Vol. 20.
401. Huber в., Duczynski E. Ж., Peterrnann К. II IEEE J. Quant. Electron. 1988. Vol. 24.
P. 920.
Глава 7
СТУПЕНЧАТЫЕ СХЕМЫ НАКАЧКИ ГЕНЕРАЦИОННЫХ ПЕРЕХОДОВ Ln3+-AKTHBATOPOB
Введение
В конце 60-х годов внимание исследователей, специализирующихся в области •физики и спектроскопии неорганических активированных материалов, при влек новый класс явлений,.обусловленных некогерентным взаимодействием воз бужденных состояний трехвалентных лантаноидов и получивших в литературе название кооперативных [1—4]. G точки зрения их использования для возбуж дения лазерного излучения кристаллов с Ьп3+-активаторами, по-видимому, наибольший интерес представляют процессы кооперативной и ступенчатой сен сибилизации.
Процесс кооперативной сенсибилизации, заключающийся в одновременной дезактивации двух возбужденных ионов-сенсибилизаторов с передачей их энергии ионам другого типа, а также процесс ступенчатой сенспбплнзацин, представляющий собой последовательный перенос на акцептирующие ноны п суммирование на них нескольких возбуждений понов-сенспбплпзаторов, могут обеспечить транспорт поглощенной энергии к состояниям Ьи3+-ионов, прямое возбуждение которых в условиях ламповой накачки по каким-либо причинам малоэффективно, а также преобразование поглощенной энергии накачки в антистоксову генерацию и возбуждение СИ с уровней Ьп3+-понов, лежащих значительно выше их уровней накачки.
В результате исследований кооперативных процессов в Ьп3+-системах наибо лее эффективный из них — процесс ступенчатой сенсибилизации (суммирова ние возбуждений) — нашел практическое применение в внзуализаторах ИКизлучепия [5, 6]. В работе [7] при 77 К впервые была возбуждена антистоксова генерация (по отношению к спектру накачки) ионов Но3'1 и Ег3+ в кристаллах Ba(Y, Yb)aF8. С лазерной накачкой в [8] продемонстрирована принципиальная возможность эффективного возбуждения СИ кристаллов с Ьп3+-актнваторамн (BaYb2Fd—Но3+) посредством механизма ступенчатой сенсибилизации при 300 К. На основе функциональных схем с суммированием энергии электронного возбуждения удалось получить генерацию на новых каналах йодов Ln3+ [9— 12], разработать эффективный лазерный материал двухмнкронного диапазона [12, 13], конвертировать в видимую область спектра ИК-геперацию неодимово-
го лазера [11, 14]. Важное значение для физики лазерных кристаллов имеют накопленные знания о негативном влиянии кооперативных процессов па энер гетику СИ [15, 16] и тепловыделение в генерирующих Ьп3+-системах [17].
Эта глава посвящена результатам изучения многоуровневых ступенчатых функциональных схем лазеров на основе кристаллов, активированных Ln8+- ионами. Особое внимание будет уделено обсуждению факторов, посредством которых процессы суммирования энергии электронного возбуждения могут оказывать положительное воздействие на энергетику кристаллических лазеров, а также рассмотрению ап-конверсионных схем накачки на основе процессов ступенчатого поглощения.
7.1.Ап-конверсия и стимулированное излучение 1л13+-ионов в кристаллах при высоком уровне возбуждения
В поиске новых функциональных схем возбуждения генерации СИ кристаллов с Ьп3+-ионами, базирующихся на процессах ступенчатой сенсибилизации, представляется целесообразным использование лазерной накачки, поскольку высокие удельные энерговклады, присущие ей, существенно облегчают прояв ления нелинейных процессов суммирования энергии электронного возбуждения. Немаловажным фактором также является и то, что селективный характер воз буждения упрощает интерпретацию кинетики заселения накопительных уров ней Ьп3+-системы.
В отличие от ранее развиваемого направления слабоинтенсивной (светодиод ной) накачки антистоксовых люминофоров [5, 6, 18], по существу ограничиваю щего себя двухступенчатыми процессами сенсибилизации, использование мощ ного лазерного возбуждения выводит физику активированных кристаллов в новую область исследований, где существенную роль играют многоступен чатые процессы. Центральное место в этих исследованиях занимают следующие вопросы. К каким состояниям Ьп3+-активатора будут транспортировать энер гию ступенчатые процессы при высоком уровне возбуждения? Смогут ли уров ни возбужденных таким образом состояний быть начальными для лазерных переходов?
7.1.1.Ступенчатые ап-конверсионные лазерные схемы кристаллов с (Но3+ -{- УЬ3+)-снстемой активаторов
Эффект антистоксова преобразования ИК-излучения в кристаллах, коактивированных ионами Но3+ и Yb3+, впервые наблюдался в [19]. Для объяснения зеленой люминесценции (канал 5S 2 —у 6/ 8) кристалла CaF2 : Yb3+ — Но3+ авто
ры этой работы предложили двухступенчатую ап-конверспонную схему, вклю
чающую в |
себя безызлучательный перенос энергии |
от |
Yb3+ к ионам |
Но3+, |
за которым |
следует акт поглощения кванта накачки |
на |
переходе 5/ 6 |
6S2t |
непосредственно заселяющий уровни люминесцируклцего мультиплета 6Ss. Эта схема в 120] была уточнена в духе концепции ступенчатой сенсибилиза ции, предложенной в [2], и вместо поглощения с возбужденного состояния */в ионов Но3+ был оставлен в качестве основного процесс
2FV, 2^/,(Yb8+): Ч6-> <\S2 (Но3+),
имеющей большую эффективность (рис. 7.1, б). В таком виде схема была ис
пользована |
в ]7] для |
объяснения работы первого ап-конверснонного лазера |
на основе |
кристалла |
Ва (Y, Yb)2F8 — Но3+. |
Переход к высокоинтенсивиой накачке кристаллов BaYb2F8 — Но3+, вы полненный в [8, 15], позволил установить, что схема рис. 7.1, б является лишь начальной частью более общей схемы (рис. 7.1, а), описывающей энерговыде-
Рис. 7.1. Упрощенная диаграмма ступенчатых схем генерации ионов Но3+ в лазерных кристаллах
а — СИ на переходе канала * h -*• ъ1% (BaYb*Fe—Но*+); 6 — СИ на переходе канала *SZ (Ва (Y, Yb),Fe — Но3+
Жирными стрелками указаны генерационные переходы, двойными — каналы накач ки, обычными и штриховыми (пронумерованными) — ступени ап-конверсии и кросс* релаксации соответственно, — безызлучательный ыногофононный переход
ление в кристаллах с (Но3+ + УЬ3+)-системой активаторов. Согласно рис. 7.1, а, энергия накачки, поглощенная в полосе 2Fyt -+■ 2F»/t ионов-сенсибилизаторов Yb3*, устремляется к накопительному уровню системы — мультиплету ®Г7 — посредством трех стадий ступенчатой сенсибилизации:
(1) |
V ./e -ч- *FVt (Yb3*): Ч6-ч- Ч6(Но3+), |
|
(2) |
*F.U-ч- *F,lt (Yb3+): Чв -ч- |
(Но3*), |
(3) |
*&/ш *F,[t (Ybs+): Б5а — 3Я С(Но3+), |
идвух ступеней кроссрелаксации:
(4)Ю, -ч- *Fb (Но3+): 4 Vt -> 2FV. (Yb3+),
(5)bFb ®T7 (Ho8+): zFyt -ч- 2Л/, (Yb3+).
Правильность выбора схемы рис. 7.1, а можно подтвердить, например, сле дующими рассуждениями. Прежде всего квадратичная зависимость макси мальной (по времени) заселенности (ср. с нормировочной линией на рис. 7.2)
Рис. 7.2. Зависимости максимальной (по времени) заселенности уровней мультиплетов ионов
Но3'1 и числа абсорбированных фотонов накачки (канал |
—* 2F ,j) |
|
в |
кристалле BaYb2F8 |
от поглощенной энергии излучения Nd-лазера (твоаб х |
i , 2 мс) [15] |
|
|
|
Штрихами показаны нормировочные линии с наклоном, равным 1 и 2 (SI = 1 и S1 |
= |
2). Стрелка на оси абс |
||
цисс указывает пороговую энергию возбуждения двухмикрониой генерации |
в |
BaYb,F«—HoJ+ (CQ 0 = |
||
= 0,5 ат.%) |
|
|
|
|
Рнс. 7.3. Зависимости скорости ап-конверсионных процессов (1)—(3) и паразитной деактива
ции (штриховая линия) состояния 5/ 7 переносом энергии 6/ 7 —» 5Fb (Но3*): |
—* ~Fijz (Yb3+) |
|
в кристалле BaYbjFg—Но3* (С-д0 = 0 ,5 |
ат.%) от удельной поглощенной энергии возбуждения |
|
[15] |
|
|
мультиплета б/ 7, наблюдаемая в |
интервале энергии накачек |
1—5 Дж/см3, |
указывает на то, что исходным состоянием активатора в последней стадии ступенчатой сенсибилизации служило состояние б52, заселенность уровней которого так же, как и уровней мультиплета z F y t сенсибилизатора в этом
интервале Ев03б, растет линейно. Затем |
близкий к линейному ход зависимо |
стей N j (.Ё'возб) для состояний 6G 4 и |
bF b ионов Но3+ в области накачек |
5—10 Дж/см3, в которой наблюдается и линейный рост населенности 5/ 7, пока зывает, что именно они являются исходными в двух стадиях последовательной межцентровой кроссрелаксации. Несмотря на несомненную усложненность рассматриваемой схемы энергопреобразоваиия в отдельных случаях (напри мер, в случае кристаллов BaYb2F8 — Но3+) эффективность ее функционирова ния может быть достаточно высокой, чтобы обеспечить возникновение и про текание СИ ионов Но3* (канал 6/ 7 -*■ 5/ 8) при накачке кристалла в полосу поглощения 2Fyt -*■ 2F*[t ионов-сенсибилизаторов Yb3+.
Высокая эффективность трехступенчатой ап-конверсии в лазерном крис талле BaYb2F8 — Но3+ при неодимовой лазерной накачке обусловлена зна чительным превышением скоростей всех стадий (1)—(3) ступенчатой сенсиби лизации состояний 6/ 8, 6/ 8 и 6S2 активатора (рис. 7.3) над вероятностями их