Лазерное вещество

 

Изобретение относится к лазерной технике, лазерным веществам на основе оксида алюминия с примесью титана и может использоваться для изготовления активных элементов перестраиваемых лазеров с различными системами накачки. Цель изобретения - увеличение энергии генерации, долговечности и радиационной устойчивости. Данное вещество имеет следующее соотношение компонентов: низкий оксид алюминия Al₂O₃ - 0,0005 - 0,01; ионы Ti³⁺ - 0,005 - 0,05, оксид алюминия Al₂O₃ - остальное. Шихту, состоящую из боя кристаллов Al₂O₃ и лигатуры в виде TiO₂, загружают в контейнер и устанавливают в узел для вертикального выращивания методом Чохральского. Заполняют рабочий объем аргоном. Роль восстановителя играет графит путем взаимодействия с оксидом алюминия через газовую фазу. Производят нагрев печи до температуры 2400 К и плавление материала, осуществляют выдержку при данной температуре в течение 1 ч. Кристаллизацию осуществляют путем снижения температуры со скоростью 5 град.ч^-1. 1 ил.

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к веществу для лазеров на основе оксида алюминия с примесью титана, и может быть использовано для изготовления активных элементов перестраиваемых лазеров с различными системами накачки. Цель изобретения увеличение энергии генерации, долговечности и радиационной устойчивости вещества. Предложенное вещество имеет следующий состав, мас. Низший оксид алю- миния Al₂O₂ 0,0005-0,01 Ионы Ti³⁺ 0,005-0,05 Оксид алюминия Al₂O₃ Остальное В данном веществе обеспечивается физико-химическое превращение оксида алюминия, содержащего ионы Ti³⁺ и Ti⁴⁺, в оксид алюминия, содержащий только ионы Ti³⁺, за счет действия восстановительного агента. Одновременно в результате химического взаимодействия оксида алюминия с восстановительным агентом при высоких температурах происходит его частичное восстановление, проявляющееся в нарушении стехиометрии и образовании в решетке корунда нейтрального субокисла алюминия. Молекулы субокисла алюминия являются центрами поглощения света в ультрафиолетовой области и люминесценции в области 415 нм. При этом происходит передача поглощенной энергии ионам Ti³⁺, что приводит к их возбуждению и излучению в области генерации. На чертеже приведен спектр возбуждения ионов Ti³⁺, из которого видно, что в веществе существуют две области накачки, а именно: 1) 400-650 нм, характерная для прототипа (заштрихована); 2) с максимумом при 230 нм новая, которая повышает общую эффективность накачки (где I_отн интенсивность, λ длина волны излучения). При устранении ионов Ti⁴⁺, и как следствие, сопутствующих их внедрению катионных вакансий накачка лазерного элемента, изготовленного из данного рабочего вещества, может осуществляться без фильтрации при практически полном отсутствии эффекта старения. Энергия возбуждения становится максимальной, т. к. все ионы примеси находятся в рабочем состоянии. Отсутствие катионных вакансий обусловливает высокую радиационную устойчивость кристаллов упомянутого выше состава ( при облучении γ-излучением источника ⁶⁰Со дозой 10⁴ Гр не замечено изменений в спектрах поглощения и люминесценции), что позволяет использовать их в полях жесткой радиации. Люминесценция ионов Ti³⁺ наблюдается и непосредственно в процессе облучения без оптического возбуждения, что открывает возможность для создания лазеров с накачкой ионизирующей радиацией. Данное вещество имеет структурную формулу (Al_2-x-уTi_x)AlgC_3+0,5у, где х 0,0002-0,003; y 0,0005-0,01, что соответствует соотношению ингредиентов Al₂O₂ 0,0005-0,01 Ti³⁺ 0,005-0,05 Al₂O₃ Остальное При концентрации ионов Ti³⁺ менее 0,005 мас. слабо проявляется эффект возбуждения, а при концентрации ионов Ti³⁺ более 0,05 мас. происходит выделение оксида титана в отдельную фазу. Верхний предел концентрации Al₂O₂ (0,01 мас. ) является максимально достижимым и определяется конкретным действием восстановительного агента. Лазерное вещество можно получать путем выращивания монокристаллов методами горизонтальной и вертикальной направленной кристаллизации в восстановительной атмосфере или путем высокотемпературной термохимической обработки кристаллов в восстановительных условиях. Примеры конкретного выполнения. 1. Шихту, состоящую из боя кристаллов Al₂O₃ и лигатуры в виде TiO₂ в количестве 0,034 мас. загружают в металлический контейнер и устанавливают в тепловой узел установки для вертикального выращивания методом Чохральского, выполненный из графита и графитовых композитов. Заполняют рабочий объем аргоном при давлении 10⁴ Па. В данном случае роль восстановителя играет графит путем взаимодействия с оксидом алюминия через газовую фазу. Нагревают печь до 2400 К и плавят материал, выдерживают при данной температуре в течение 1 ч. На поверхность расплава опускают затравочный кристалл и проводят процесс затравления. Кристаллизацию осуществляют путем снижения температуры со скоростью 5 град ч^-1 при одновременном вытягивании со скоростью 0,1 см ч^-1 до тех пор, пока весь материал, находящийся внутри тигля, не закристаллизуется. Отжиг кристаллов осуществляют изменением температуры со скоростью 100 град ч^-1. Часть полученного монокристалла подвергли рентгеноспектральному (для определения концентрации ионов Ti³⁺) и оптическому (для определения концентрации низшего оксида алюминия Al₂O₂) анализам. Полученный монокристалл содержит, мас. Низший оксид алюминия Al₂O₂ 0,001 Ионы Ti³⁺ 0,006 Оксид алюминия Al₂O₃ Остальное 2. Шихту, состоящую из боя кристаллов Al₂O₃ и лигатуры в виде TiO₂ в количестве 0,4 мас. загружают в металлический контейнер и устанавливают в тепловой узел установки горизонтальной направленной кристаллизации, выполненный из графитовых материалов. Заполняют рабочий объем установки аргоном при давлении 10⁴ Па. Производят нагрев шихты до 2400 К, плавление и выдержку в течение 1 ч. Кристаллизацию осуществляют путем перемещения контейнера относительно нагревателя со скоростью 8 мл ч^-1. После окончания процесса выращивания проводят отжиг кристалла при линейном изменении температуры со скоростью 100 град ч^-1. Полученный монокристалл содержал, мас. Низший оксид алюми- ния Al₂O₂ 0,0005 Ионы Ti³⁺ 0,05 Оксид алюминия Al₂O₃ Остальное 3. Монокристалл оксида алюминия, выращенный методом Вернейля и содержащий титан в количестве 0,01 мас. помещают в установку горизонтальной направленной кристаллизации с тепловым узлом из вольфрамовых и молибденовых конструкционных элементов. Установку вакуумируют до давления 5^.10^-3 Па заполняют водородом до давления 10⁴ Па, нагревают кристалл до 2100 К и выдерживают эту температуру 3 ч. В данном случае роль восстановителя играет водород. Затем снижают температуру до комнатной в течение 10 ч. Полученный монокристалл содержал, мас. Низший оксид алю- миния Al₂O₂ 0,0015 Ионы Ti³⁺ 0,01 Оксид алюминия Al₂O₃ Остальное Данное лазерное вещество имеет следующие преимущества: повышается эффективность оптической накачки за счет создания второй области и использования нефильтрованного излучения ламп накачки; повышается энергия возбуждения за счет полного перевода активаторной примеси в состояние, способное к излучению; увеличивается долговечность активного элемента, появляется возможность для работы лазера с оптической накачкой в полях жестких излучений, а также для создания лазера с накачкой ионизирующей радиацией.

Формула изобретения

ЛАЗЕРНОЕ ВЕЩЕСТВО на основе монокристалла оксида алюминия с добавкой титана, отличающееся тем, что, с целью увеличения энергии генерации, долговечности и радиационной устойчивости, оно имеет следующую структурную формулу: (Al_2-x-y Ti_x) Al_gO_3-05y,
где x = 0,0002 - 0,003;
y = 0,0005 - 0,001.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 8-2000

Извещение опубликовано: 20.03.2000        

---