Лазерное вещество

 

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано при разработке новых лазерных материалов. Целью изобретения является получение анизотропного лазерного вещества с повышенной концентрацией активатора. Основой лазерного вещества является монокристалл галлатов щелочных земель и лантана. Оптимальный состав кристалла с примесью SR<SB POS="POST">1,04</SB>LA<SB POS="POST">0,90</SB>ND<SB POS="POST">0,04</SB>GA<SB POS="POST">3,02</SB>O<SB POS="POST">6,98</SB>.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 Н 01 Б 3/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н llATEHTY

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4202805/24-25 (22) 26.06.87 (3)) P 260309 (32) 27.06 ° 86 (33) PL (46) 23.1,90, Бюл. ¹ 43 (71), Польска Акадэмия Наук, Институт

Физики и Польска Акадэмия Наук, Институт Ниских Температур и Бадань

Структуральных (rL) (72) Владислав Пекарчик, Марек Бер-.: ковски, Габрель Яселэк, Витольд РыбаРомановски и Мечислав Хабера (PL) (53) 621,375.8(088.8) (56) Каминский А.А,Лазерные кристаллы. М,: Наука, 1975, с.1,10.

Там же, с.199, Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано при разработке новых лазерных материалов.

Цель изобретения — получение ани зотропного лазерного вещества с повышенной концентрацией активатора.

Сущность изобретения заключается в том, что основой лазерного вещества является монокристалл галлатов щелочных земель и лантана. Химический состав этого материала описывается общей формулой АВС О7, в которой А— барий (Ва), стронций (Sr), либо их смесь,  — лантан (Là), С вЂ” галлий (Ga), В зависимости от вида состав-. ных частей и условий изготовления материала, его химический состав может

„.Я0„„1609462 А 5

2 (54) ЛАЗЕРНОЕ ВЕЩЕСТВО (57) Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано при разработке новых лазерных материалов,.

Целью изобретения является получение анизотропного лазерного вещества с повьппенной концентрацией активатора.

Основой лазерного вещества является монокристалл, галлатов щелочных земель и лантана. Оптимальный состав кристалла с примесью

r (,Оф La 0д() Nd 0,04 аз,02 6,98 незначительно отклоняться от стехиометрии и соответствовать формуле . 1 хВ Сз-х+ ОТ-о,sx s где х и у гут принимать положительные или отрицательные значения в диапазоне от

0 до 0,12, Активной примесью в этом лазерном веществе является ион неодима (Nd. ).

Особо рекомендуются в качестве активного материала для лазерных стерж-. ней монокристаллы барий-лантан-галлиевого геленита, состав которого описывается формулой BaLaGa>0>, содержащего неодим в качестве активной примеси (BLGO:Nd). Преимущества этого материала по сравнению с известным (7АС: Nd ) (YAG: Nd ), следующие, 1609462

В кристаллическую основу можно ввести примесь в значительно большем количестве, чем оказывается возможным в случае YAG:Nd, 5

Коэффициент распределения неодима в BLGO имеет значение, близкое к 1, благодаря чему примесь распределяется в монокристалле очень равномерно, 1 что трудно достигаемо; в случае 10

YAG:Nd, Скорость выращивания монокристал.— . лов BLGO:Nd (порядка 4 мм/ч) оказывается значительно большей, чеИ ско-.. рость вытягивания монокристаллов 15

;YAG:Nd (порядка 1 мм/ч), Температура плавления БЕСО(1560.С) о намного ниже температуры плавления

YAG (1930 С), Благодаря этому, а также благодаря большой скорости вытяги- 20 вания монокристаллов наблюдается меньший износ иридиевого тигля в процессе вытягивания кристалла.

Кристалл BLGO:Nd имеет одну оптическую ось. Благодаря этому иэ него 25 можно изготавливать лазерные элементы (ЛЭ), обладающие требуемым коэффи-, циентом усиления (в зависимости от угла между геометрической осью лазерного стержня и оптической осью актив- 30 ного материала), которые могут работать в режиме генератора или усилителя света и дают полностью линейно поляризованный свет, чего нельзя достигнуть в случае изотропного 7АС:Nd.

Кристаллы ВКУСО имеют структуру геленита, которая не имеет центра симметрии, В связи с этим монокристаллы

BLG0 обладают пьезоэлектрическими свойствами. Эти свойства могут быть 40 использованы при проектировании схем для подстройки лазерного резонатора.

Активированные монокристаллы геленитов выращивают путем кристаллизации из расплава по одному из известных 45 методов Чохральского, Бриджманна либо эонной плавки. Наиболее удобным способом изготовления монокристаллов галлиевых геленитов щелочных земель и лантана с примесями ионов Nd яв- 50

3+ ляется способ вытягивания монокристалла из расплава по методу Чохральского. Согласно этому методу расплав получается путем расплавления в иридиевом тигле смеси особо чистых порошкообразных окисов металлов, входящих в состав выращиваемого монокристалла. Состав расплава в принципе такой же, что и состав монокристалла.

Допустимы небольшие отклонения в границах ат".X. Вместо окислов можно использовать карбонаты тех металлов, которые при нагревании разлагаются, преобразуясь в соответствующие окислы, а затем расплавляются. В случае использования карбонатов необходимо ограничить скорость повышения температуры, чтобы создать условия для их термического разложения.

Кристаллы, изготовляемые путем кристаллизации из расплава по методу

Чохрапьского.,-имеют химический сое- тав, несколько отличающийся от сте./ хиометрического состава. Их действительный состав может быть описан рбшей формулой А 4+ИВ Сз )(+gO> g<5 )( где х и у могут принимать как положительные, так и отрицательные значения в зависимости от вида составных частей монокристалла и кристаллографической ориентировки границы фаз между растущим кристаллом и расплавом, а также от начального соста.ва расплава.

II р и м е р. Исходный материал, состоящий из 32,30 мас.ч. ВАСО

22,94 мас.ч. La>0>, 0,57 мас,ч, Nd и 44,19 мас,ч. Са, О, в виде тщательно перемешанных порошков ссыпают в иридиевый тигель, который затем медленно нагревают иццукционными токами высокой частоты в устройстве для выращивания монокристаллов по методу

Чохральского. Материал нагревают в атмосфере азота до температуры, несколько большей, чем температура плавления ВЬСО. Монокристаллический ориентированный зародыш, прикрепленный к трубке из А1 0,, опускают сверху вплоть до соприкосновения с по-. верхностью расплава, а затем поднимают вверх со скоростью 4 мм/ч при одновременном его вращении вокруг вертикальной оси. Диаметр кристалла увеличивается при уменьшении температуры вплоть до получения требуемого размера. После этого постоянный диаметр вытягиваемого кристалла поддерживается автоматически путем контроля массы вытягиваемого кристалла.

Скорость вращения зародыша зависит от диаметра вытягиваемого кристалла.

В случае кристалла диаметром 20 мм, вытягиваемого из тигля диаметра

40 мм, скорость вращения зародыша составляет 65-70 об/мин. После окончания процесса вытягивания монокрисСоставитель О.Исаева

Техред M,Моргентал,Корректор Т.Колб

\»

Редактор В.Данко

Заказ 3628 Тираж 399 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101

160946 талл отрывают от поверхности расплаsa, а затем медленно охлаждают до комнатной температуры. Химический состав полученного кристалла зависит от кристаллографического направления роста и от начального состава расплава. Кристалл, растущий на плоскости (001), имеет состав, который прибли женно можно описать следующей формулой Ва,об La олоъ Ndo,ег Са з.о g 06 975

Исследования полученного кристалла показали, что в цилиндрической части кристалл лишен включений иридия и других твердых фаз и не содержит дефектов, ухудшающих его оптическое качество, а именно трещин, пузырьков и ,т.д. Определен оптимальный состав кристалла с примесью" S» <,оч1ао, 6 "оо,о G säà 6,98

0 20

2 6

Формул а из обр ет ения

Лазерное вещество на. основе моно+, кристаплов, активированных ионами

Nd, о т л и ч а ю щ е е с я тем, + что, с целью получения анизотропного лазерного вещества с повышенной концентрацией активатора, в качестве основы используется монокристалл галлатов щелочных земель и лантана общей формулы А 1-у В g С х 07-0,5)( где А - барий, стронций или их смесь;

-  — лантан;

С вЂ” галлий, х и у — параметры, принимающие положительные или отрицательные значения в диапазоне 0 — 0,12, а количество ионов Nd соответствует ъ+

0,02-0,33 ат.Х, l