Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Многоуровневые функциональные схемы кристаллических лазеров

..pdf
Скачиваний:
7
Добавлен:
13.11.2023
Размер:
23.74 Mб
Скачать

Puc. 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-

в о л н и с т о й

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

спонтанного распада (250 и 2000 с-1 для мультиплетов 5/ в и *Ss соответственно) и необратимым характером суммирования возбуждений вследствие быстрой безызлучательной релаксации состояния 3fTft к 5G5. Эффективное энергодвиже­ ние «вниз» к начальному лазерному состоянию 6/ 7 в кристалле BaYbaF8 — Но3+ обеспечено значительным превышением вероятностей кроссрелаксации кана­ лов (4) и (5) над вероятностями конкурирующих внутрицентровых переходов. В результате дифференциальной КПД лазера на основе BaYb2Fg — Но34" (Сно — 0,5 ат. %), работающего по этой схеме, составил около 30% [21]. Эф­ фективность спектрального преобразования «1,05—>-2,06 мкм» в этом крис­ талле понижают процессы внутрицентровой релаксации промежуточных уров­ ней и паразитный канал суммирования возбуждений

*Д/, *Л/, (Ybs+): % *F5 (Но3+),Ч

который разрушает заселенность начального лазерного мультиплета Ь11 через уровни «потушенного» состояния bFb.

7.1.2.Ступенчатые ап-коиверсионные лазерные схемы кристаллов

с(Ег34"-(- YЬ3+)-системой активаторов

В кристаллах, коактивированных ионами Ег34"и Yb3f, в полосе поглощения

ионов-сенсибилизаторов

Yb3+, наиболее эффективно ап-конверсионными про­

цессами возбуждаются

состояния

4£»/, и 4Л/. ионов Ег3+ [5, 18]. Механизм

заселения излучающего

состояния

4&/2 предложен в [2]. Он включает в себя

два последовательных переноса энергии от ионов Yb3+, в результате которых ион Ег3+ сначала переходит на уровень 4/п/„ а затем довозбуждается к со­ стоянию *Fy2, быстро релаксирующему посредством испускания фононов к мультиплету lSy2. Менее определенная ситуация в' отношенпп природы возбужде­ ния состояния iFyt. Многообразие механизмов, обсуждавшихся в [5], отражает реально существующую зависимость схемы заселения мультпплета 4F»/, от типа матрицы-основы, соотношения концентраций коактпваторов и мощности накачки. Поскольку возможности для получения СИ с уровней состояния 4F»/t при ап-коиверсионном способе возбуждения оказались большими, в особен­ ности для кристаллов Ba(Y,Yb)2F8 — Ет34" (рис. 7.4) н BaYb2Fs — Ег34", у которых получена генерация на межштарковскпх переходах всех трех ка­

налов 4F./5 +

17, 12,

14], 4F./t

4/и/, (табл. 7.1) п 4F./f 4/.«/, [9, 12] при

накачке ИК-излучением

(Явоаб

0,7 мкм), то ца механизме преобразования

поглощенной энергии в этих соединениях, обусловливающем заселение мультиплета *Fyt, следует остановиться особо.

Как правило, основой для идентификации схемы ап-конверспи служат экспериментально найденные зависимости максимумов (по времени) населен­ ностей накопительных уровней системы от поглощенной энергии накачки. Для мультиплетов, которые участвуют в процессе заселения уровней состоя­ ния iFy, ионов Ех3+ в кристалле BaYb2F8, эти зависимости представлены на рис. 7.5 [22]. Видно, что интервал исследованных значений энергии накачки можно разбить на три области по эффективности связи Yb3+ — Er34-: область слабой связи (I), которая характеризуется преимущественным сосредоточением поглощенной энергии на уровнях состояния “F•/, иопов Yb34"; область проме­ жуточной связи (II), где уже заметная доля возбуждений подводится к мультиплетам активатора; и область сильной связи (III), т. е. область эффективного преобразования энергии накачки в энергию возбуждения уровней ионов Ег34-.

В области слабой связи

реальная передача энергии

(1) »ЛА -v *й,. (Ybsf):

V,,, (Ег")

протекает со скоростью Уег релаксации уровней 4/u/f активатора, которая

Таблица 7.1. Кристаллические лазеры, генерирующие по ступенчатым функциональным схемам

Генерирую­ щий Ln3*- ион

Канал СИ V.TT. ыкы г. к

Кристалл

IIL

участвую­ щийв an­ онверil сии

HOH+-,

 

3

 

Тип накачки

Схема на рисунке

Литера­

тура

Но3+

6s 2-

6/ e

 

0,5515

77

B a (Y ,Y b )2F8

 

 

 

 

2,0563

300

BaYb2F8

Ег3+

 

 

 

0,6709

77

B a (Y ,Y b )2F8

 

 

 

 

0,6700

77

B a (Y ,Y b )2F8

 

 

 

 

 

~110

BaYb2F8

 

 

 

 

0,6996

300

BaYb2F„

 

 

 

 

0,1664

~110

BaYb2F8

 

*F,/t

 

 

1,9975

~110

BaYb2F8

 

 

 

 

1,9965

300

BaYb2F8

 

 

 

 

1,9655

300

BaYb2F8

 

 

 

 

2,0025

300

LiYbF*

 

ч

 

 

2,810

300

LiYF*

 

 

 

300

 

 

 

 

2,80

CaF2

 

 

 

 

2,815

300

 

 

 

 

 

~ 2 ,8

SrF2

 

 

 

 

2,937

300

Y8AbOi2

 

/1

 

*

0,5498

< 7 7

YAlOj

 

 

0,5500

< 7 7

LiYFt

 

 

 

 

Т т 3+

зл -

зя 4

 

1,4625

300

LiYbF*

 

 

 

 

1,482

300

BaYb2F8

 

 

 

 

 

300

BaYb2F8

 

 

 

 

2,2845

300

BaYb2F8

 

чг*— »яа

 

~ 1,58

300

BaYb2F8

 

з(?4- . 3# 4

 

0,649

300

BaYb2F8

Nd3+

 

 

 

~ 0,3805

< 9 0

LaF3

 

 

 

 

0,413

< 9 0

LiYF*

 

'р-и

 

 

0,7295

~20

LiYF*

Yb3+

Хе (ИК-изл.)

7.1,6

[7]

Yb3+

Nd-лаз.

7.1, а

[3]

Yb3+

GaAs-лаз.

7.4 "

[7]

Yb3+

Хе (ИК-изл.)

7.4

[7]

Yb3+

Хе (ИК-изл.)

7.4

[12]

Yb3+

Nd-лаз.

7.4

14

Yb3+

E r-n N d -лаз.

7.9

[25'

Хе

*

Yb3+

Хе

7.9

[12]

Yb3+

Хе

7.9

[12,26]

Yb3+

Nd-лаз.

7.4

19.241

Yb3+

Nd-лаз.

7.4

[24]

Er>+

Ег-лаз.

7 .8,5

[33]

Er3+

Ег-лаз.

7 .8,6

[32,33]

Er>+

Ег-лаз.

7 .8,6

[33'

Er3+

Ег-лаз.

7 .8,6

[зз!

Er3+

ИК-лаз.

7.8, в

[35;

Er3+

ИК-лаз.

37, **'

Yb3+

Nd-лаз.

7.12, а

10,34'

Yb3+

Nd-лаз.

7.12, а

[10,341

Yb3+

Хе

7.12,6

[28]

Yb3+

Nd-лаз.

7,12, а

[9,27]

Yb3+

Nd-лаз.

7,12, а

[И]

Yb3+

Nd-лаз.

7,12, а

[И ]

Nd3+

ИК-лаз.

[37]

Nd3+

ИК-лаз.

-

[37, **]

Nd3+

ИК-лаз.

[37,**]

Примечание. Тип возбуждения генерации СИ из лучением: лазеров на основе стекол с ЬпН-иона-

мж обозначен Ln-лаз., полупроводникового лазе ра — GaAs-лаз., лазеров на основе красителей — ВГК-лаз., Хе ламп без фильтра и с фильтром, пропускающим только ИК-часть излучения,— Хе и Хе (ИК-изл) соответственно.

#Результаты получены А, А. Каминским и Т. В. Уваровой.

**R . М . Macfaxlane (частное сообщение).

меньше вероятности ууЬ люминесцентной дезактивации уровней 2Л/, сенси­ билизатора и много меньше скорости резонансного энергообмена между со­ стояниями *1и/л (Ег3+) и 2Ft/t (Yb3+). В результате эффективность передачи энер­ гии [23]

ЛУЪ-Ег =

C,j

 

//

uYb

IVYb)

(7.1)

Я Г г---- ?Е г/

~ р — Ц Г с----- ^Ег +

4- Г,

 

°Е г I °УЪ

'

V °Е г I и Yb

 

 

 

низка (здесь

и Суъ — концентрации коактиваторов). Во второй

области

эффективность, а следовательно, и скорость реальной передачи энергии зна­ чительно возрастают, что свидетельствует о росте удгЕдинственным физи­ ческим процессом, ускоряющим дезактивацию состояния 47и/,, является про­ цесс суммирования возбуждений

(2) V .,. - *Л;, ( W ) : */«,. - *А„ (Ег3+),

Соседние файлы в папке книги