Способ приготовления лазерной среды cf+3 -центрами окраски

 

Изобретение относится к области квантовой электроники, к способам приготовления лазерных сред на основе монокристаллов с центрами окраски. Цель изобретения - снижение порога генерации. Кристалл фтористого лития облучают серией сильноточных импульсов электронов с длительностью каждого импульса 5 нс. Энергию электронов устанавливают 300 кэВ. Облучение проводят при комнатной температуре. За один импульс вводили в кристалл через поверхность 1 см²-1,6·10¹⁴ электронов. Общая продолжительность облучения составила 6с.

Изобретение относится к квантовой электронике, к способам изготовления лазерных сред на основе монокристаллов с центрами окраски и может быть использовано при создании плавно перестраиваемых по частоте квантовых усилителей и генераторов, работающих при комнатной температуре в области 516-560 нм. Цель изобретения - снижение порога генерации. Монокристаллы LiF облучают в течение интервала времени от 1˙10^-8 до 6 с. Нижняя граница указанного значения интервала времени определяется минимальным значением времени, необходимого для предотвращения радиационного нагрева кристалла и для стекания зарядов, введенных в кристалл электронов. Верхняя граница указанного интервала времени определяется потерями в области генерации F⁺₃ - центров. Дальнейшее увеличение продолжительности облучения приводит к росту поглощения в спектральной области накачки и излучения рабочих центров. Чтобы этого избежать, время облучения должно быть значительно меньше времени жизни анионных вакансий ( 60 с). П р и м е р 1. Для получения лазерной среды кристалл фтористого лития облучают серией сильноточных импульсов электронов с длительностью каждого импульса 5 нс. Энергию электронов устанавливают 300 кэВ. Облучение проводят при комнатной температуре. За один импульс вводили в кристалл через поверхность 1 см² - 1,6˙10¹⁴ электронов. Общая продолжительность облучения составила 6 с. Всего подано 36 импульсов. Для того, чтобы не происходило нагревания кристалла при облучении, использовались дополнительные условия. Кристалл впаивался в сплав Вуда (Т_пл.=68^оС). Размер лазерного элемента составлял 10х5х0,5 мм³. В облученных кристаллах содержались F⁺₃ и F₂ - центры. Окрашенный слой, содержащий рабочие центры, прилегал к одной из граней лазерного элемента размером 5х10 мм². Оптическая плотность слоя измерялась с помощью спектрофотометра МРS-50L, по измеренному значению которой и соотношению полос в спектре люминесценции находился коэффициент поглощения F⁺₃ и F₂- центров: К_м=111 см^-1 (суммарный коэффициент поглощения на λ=460 нм) К⁺_F3=39 см^-1 (коэффициент поглощения F⁺₃ - центров) К_F2=72 см^-1 (коэффициент поглощения F₂ - центров). Лазерный элемент генерировал излучение в зеленой области спектра. Значение пороговой энергии накачки F⁺₃ - центров в схеме лазера с поперечной накачкой составило 45 мкДж. П р и м е р 2. Условия выполнения и режимы операции аналогичны примеру 1, но время облучения было установлено равным 12 с. Получены лазерные среды со следующими параметрами: К_м= 183 см^-1, К_F3⁺=48 cм^-1, К_F2=136 см^-1. Лазерный элемент генерировал лазерное излучение с низким порогом (3 мкДж) только на F₂-ценрах, в красной области спектра. П р и м е р 3. Для получения лазерной среды кристалл фтористого лития облучают сильноточным импульсом электронов с длительностью 10 нс. Энергию электронов устанавливают 0,015 МэВ. При этом глубина их проникновения в кристалл равна 1 мкм. За один импульс вводят в кристалл сечением 1 см²-7,3˙10¹³ электронов. Продолжительность облучения 1˙10^-8с. При указанных условиях облучения температура облученного слоя кристалла возрастает до 700 К, а время охлаждения этого слоя составляет 1˙10^-7 с. Время жизни вакансий при 700 К составляет 3˙10^-5 с. Поскольку указанное значение времени жизни вакансий значительно больше времени охлаждения окрашенного слоя кристалла, а также продолжительности облучения, то процессы преобразования с формированием паразитных F₂-центров: F+V⁺_a->> F⁺₂, F⁺₂+e^- ->> F₂ не успевают произойти. Дальнейшее сокращение времени облучения нецелесообразно, так как оно приведет к необходимости уменьшения толщины окрашенного слоя для обеспечения его быстрого охлаждения. П р и м е р 4. Для получения лазерной среды кристалл LiF облучают потоком протонов с энергией 3 МэВ на протонном ускорителе. При этом глубина проникновения частиц составляет 90 мкм. Температура кристалла при облучении поддерживается 300 К. Средняя плотность потока протонов 4,3˙10¹³ част./см² ˙с. Продолжительность облучения 6 с. Результаты проведенных испытаний показывают, что при продолжительности облучения 1˙ 10^-8-6 с порог накачки F₃⁺ - центров имеет низкие значение 45 мкДж. Использование предлагаемого изобретения по сравнению с известными дает следующие преимущества: снижение порога генерации F⁺₃ - центров по энергии накачки до 45 мкДж; упрощение технологии изготовления лазерных сред на основе LiF с F⁺₃- центрами (так как не используется криогенная техника); возможность создания миниатюрных лазерных элементов.

Формула изобретения

СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЛАЗЕРНОЙ СРЕДЫ С F⁺₃-ЦЕНТРАМИ ОКРАСКИ, включающий облучение монокристалла LiF потоком ускоренных частиц, отличающийся тем, что, с целью снижения порога генерации, облучение проводят в течение интервала времени от 1 · 10^-8 до 6 с с плотностью потока не менее 2 · 10¹² частиц/см².