Лазерное вещество

 

Использование: изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано при создании твердотельных лазеров с длиной волны излучения 1,06 мкм. Сущность изобретения: лазерное вещество содержит кальций, ниобий и галлий в кристаллической матрице, неодим в качестве активатора и церий в качестве сенсибилизатора. Конгруэнтный состав соответствует области, характеризующейся связью соотношений кальция и ниобия и; и = (х/3) (1,5 + 0,3 г), где 0,60 ≅ r ≅ 0,65. 1 табл.

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано в твердотельных лазерах. Известно лазерное вещество на основе кальций-германий-галлиевого граната, содержащее неодим в качестве активатора и хром в качестве сенсибилизатора. Недостатком этого технического решения является низкий КПД лазера на длине волны 1,06 мкм. Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является лазерное вещество на основе кальций-германий-галлиевого граната, содержащее неодим в качестве активатора и церий в качестве сенсибилизатора. Недостатком прототипа является невысокий КПД лазера на длине волны 1,06 мкм. Целью изобретения является повышение КПД лазера на длине волны 1,06 мкм. Поставленная цель достигается тем, что лазерное вещество на основе кальций-галлиевого граната с ионами по крайней мере одного редкоземельного элемента R и ниобия имеет состав, соответствующий формуле Ca_xR_уNb_иGa_цO_12-p, при этом И (х/3)(1,5 + 0,3 г); 7,90 ≅ х + у + и + ц ≅ 8,00; 2,78 ≅ х ≅ 3,04; 0,01 ≅ у ≅ 0,22; 0,60 ≅ г ≅ 0,65; р ≅ 0,04. В частности, лазерное вещество может дополнительно содержать церий и иметь состав, соответствующий формуле Ca_xNb_мCe_нNb_иGa_цO_12-р, где 0,01 ≅ м ≅ 0,18; 0,001 ≅ н ≅ 0,04. В таблице приведены примеры различного состава лазерного вещества. Недостатком лазерного вещества на основе кальций-германий-галлиевого граната является сегрегация расплава в процессе выpащивания кpисталлов по методу Чохральского. Введение в состав вещества ниобия вместо германия позволяет повысить параметр кристаллической решетки граната и за счет этого его изоморфную емкость. Область конгруентного плавления кристаллов имеет место, если содержание кальция и ниобия связаны соотношением и (х/3) (1,5 + 0,3 г), где 0,60 ≅ r ≅ 0,65, суммарное содержание катионов 7,90 ≅ х + у + и + ц ≅ 8,00, содержание кислорода 11,96 ≅ Х_о ≅ 12,00. При этом коэффициент распределения гранатообразующих элементов близок к 1, что обеспечивает высокое оптическое и структурное совершенство кристаллов, выращенных по методу Чохральского. При этом, как оказалось, в кристалле имеются галлиевые вакансии с концентрацией до 0,10 на формульную единицу граната и кислородные вакансии с концентрацией до 0,04 на формульную единицу граната. При содержании неодима м < 0,01 КПД лазера низок из-за малой концентрации активатора, а при м > 0,18 КПД лазера снижается из-за концентрированного тушения излучения. При таком содержании неодима обеспечивается эффективная сенсибилизация, если в состав лазерного вещества вводится от 0,001 до 0,04 атомов церия на формульную единицу граната. При указанном содержании редкоземельных элементов содержание кальция составляет от 2,78 до 3,04 атома на формульную единицу граната, причем часть ионов кальция занимает галлиевые вакансии. С учетом этого, а также содержания ниобия, определяемого приведенным выше соотношением, и числа галлиевых вакансий определяется содержание галлия. Монокристаллы лазерного вещества выращивали по методу Чохральского на установке "Донец-3" при следующих условиях роста: ростовая среда Аr + 1% O₂ при нормальном давлении; скорость вытягивания 3,5 мм/ч; направление вытягивания < 1000 > или < 111 >. По сравнению с традиционными монокристаллами иттрий-алюминиевого граната с неодимом новое лазерное вещество обладает возможностью получения по безиридиевой технологии.

Формула изобретения

1. ЛАЗЕРНОЕ ВЕЩЕСТВО на основе кальций-галлиевого граната с ионами по крайней мере одного редкоземельного элемента R и ниобия, отличающееся тем, что, с целью повышения КПД лазера на длине волны 1,06 мк, оно имеет состав, соответствующий формуле Ca_x R_y Nb_и Ga_ц О_12-р, при этом и = (x / 3)(1,5 + 0,3 г); 7,90 ≅ x + y + и + ц ≅ 8,00; 2,78 ≅ x ≅ 3,04; 0,01 ≅ y ≅ 0,22; 0,60 ≅ г ≅ 0,65; р ≅ 0,04. 2. Вещество по п. 1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит церий и имеет состав, соответствующий формуле Ca_x Nd_м Ce_н Nb_и Ga_ц О_12-р, где 0,01 ≅ м ≅ 0,18; 0,001 ≅ н ≅ 0,04.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2