Способ изготовления лазерного элемента

 

Изобретение относится к области квантовой электроники, а именно к способам изготовления оптических элементов, служащих для генерации и усиления перестраиваемого по частоте излучения, а также управления параметрами излучения лазеров. Цель изобретения увеличение фотоустойчивости рабочих центров окраски с одновременным расширением спектрального диапазона рабочих длин волн. В процессе облучения кристалла LiF с примесью Mg ионизирующей радиацией при 25°С в нем создается F-агрегатные центры окраски, поглощающие в широком спектральном диапазоне от 0,2 до 1 мкм. Наряду с указанными центрами окраски создаются центры окраски, поглощающие в области 0,6 0,7 мкм и излучающие в области 0,66 0,82 мкм. Установлено, что оптимальная температура облучения кристалла, при которой наблюдается их максимальная концентрация, при данной концентрации равна 250°С. При выращивании кристалла в инертной или восстановительной атмосфере и облучении при 80 300°С повышается концентрация магниевых центров и уменьшаются реактивные потери в области их поглощения и излучения. 1 табл.

Изобретение относится к квантовой электронике, а именно к технологии изготовления оптических элементов, служащих для генерации и усиления перестраиваемого по частоте излучения, а также для управления параметрами излучения твердотельных лазеров. Оно может быть использовано при изготовлении активных элементов лазера и пассивных лазерных затворов на основе кристалла фторида лития (LiF) с агрегатными центрами окраски. Цель изобретения увеличение фотоустойчивости рабочих центров окраски с одновременным расширением спектрального диапазона генерируемых длин волн. В процессе облучения кристалла LiF с примесью магния ионизирующей радиацией при 25^оС в нем создаются F-агрегатные центры окраски (ЦО) F₁, F₂, F₃ и т.д. поглощающие в широком спектральном диапазоне от 0,2 до 1 мкм. Наряду с указанными ЦО создаются ЦО, поглощающие в области 0,6-0,7 мкм и излучающие в области 0,66-0,82 мкм. Причем полоса их поглощения в значительной мере перекрывается поглощением других ЦО и наблюдать их можно только по свечению. Установлено, что оптимальная температура облучения кристалла, при которой наблюдается их максимальная концентрация при данной концентрации магния, равна 250^оС. Концентрация данных центров зависит от концентрации вводимого в кристалл магния. Эти центры представляют собой либо ассоциаты магниевых центров, например Mg₂⁺, либо ассоциаты магния с собственными дефектами решетки. Если кристалл фторида лития выращивается на воздухе, то в него наряду с активатором (Mg) входят кислород и гидроксил, которые могут образовывать соединения Mg(OH)₂ или MgО, отвлекая тем самым ионы Mg от образования рабочих центров. При этом концентрация кислорода и гидроксила может быть сравнимой или превышать концентрацию магния. Выращивание в инертной атмосфере кристалла LiF или в атмосфере водорода способствует очищению кристалла от гидроксила и кислорода. Таким образом, почти весь вводимый в шихту магний идет на образование центров окраски. Облучение кристалла при температуре от +80 до 250^оС, во-первых, способствует объединению ионов магния за счет увеличения их подвижности и, во-вторых, при повышенной температуре существенно уменьшается эффективность образования F₃^-, F₄, F₂^-, которые поглощают в спектральной области поглощения и излучения магниевых центров и являются в данном случае мешающими. Таким образом, повышается концентрация магниевых центров и уменьшаются неактивные потери в области их поглощения и излучения. В таблице приводятся данные по реализации способа при минимальных средних и максимальных значениях температуры облучения. Наибольшая концентрация магниевых центров достигается для LiF:Mg, выращенного в инертной атмосфере и облученного при 250^оС. В этом же кристалле наименьшее поглощение других центров окраски. Измерение коэффициента усиления К производилось с помощью импульсного параметрического генератора света, перестраивающего свою частоту в пределах полосы люминесценции магниевых центров окраски. Накачка производилась излучением с длинной волны 0,65 мкм, т.е. почти в максимуме полосы поглощения. При этом было зарегистрировано усиление в пределах полосы люминесценции (0,68-0,8 мкм) с величиной, достигающей в центре полосы 0,5 см^-1 и по краям диапазона ≈0,3 см^-1. Такой коэффициент усиления наблюдался только для кристаллов LiF: Mg, выращенных в атмосфере водорода или инертной атмосфере и облученных γ -излучением или электронами до дозы 10⁸ рентген при одной из температур из диапазона 80-300^оС. Испытания фотоустойчивости магниевых центров показали, что концентрация их не меняется при наработке свыше 10⁵ импульсов, в то время как у лазерно-активных центров известного способа она равна 600 импульсам. Коэффициент усиления 0,8-0,1 см^-1 вполне достаточен для реализации режима генерации с перестройкой частоты в пределах 0,68-0,8 мкм. Для реализации предлагаемого способа изготовления при облучении LiF:Mg необходимо поддерживать температуру кристалла в заданном диапазоне. Для этого нужны специальный нагреватель и устройство для регулирования температуры. Если же облучение производить электронами с плотностью тока 0,3-3,0 мА/см² или нейтронами с плотностью потока 10¹²-10¹³ п/см²˙с, то требуемая температура будет поддерживаться за счет естественного тепловыделения в кристалле. Таким образом, наиболее удобным является облучение электронами или нейтронами. Лазерные элементы, изготовленные по предлагаемому способу, могут использоваться в качестве пассивных лазерных затворов, для лазеров, генерирующих в спектральной области поглощения магниевых центров окраски.Активные элементы достаточно просты в изготовлении, надежны, нетоксичны и найдут широкое применение в народном хозяйстве.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛАЗЕРНОГО ЭЛЕМЕНТА на основе кристалла фтористого лития LiF с примесью магния, включающий выращивание кристалла из расплава, облучение его ионизирующим излучением для создании центров окраски, отличающийся тем, что, с целью повышения фотоустойчивости рабочих центров окраски и расширения диапазона генерируемых длин волн, кристалл выращивают в инертной или восстановительной атмосфере, а его облучение производят при одной из температур в диапазоне 80 300^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1