способ создания рабочей среды для твердотельных перестраиваемых лазеров

Формула изобретения

Способ создания рабочей среды для твердотельных перестраиваемых лазеров, включающий выращивание кристаллов хлористого калия из расплава с добавлением соли таллия и облучение полученных кристаллов ионизирующим излучением, отличающийся тем, что соль таллия вводят в виде азотнокислого таллия TlNO₃ в количестве от 0,5 до 2 мас.%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано для создания твердотельных перестраиваемых инфракрасных лазеров.

Известен способ получения вещества для активных сред и пассивных лазерных затворов /1/. Способ включает синтез монокристаллов фторида лития методом Стокбаргера из сырья LiF квалификации "ОСЧ". В шихту добавлялись примеси гидрида лития и фторида магния и выращивание проводилось в атмосфере водорода. Для создания центров окраски выращенные кристаллы облучались рентгеновским излучением дозой (0,1-3)10⁶ Гр. при температуре, близкой к комнатной.

Известен способ получения лазерного вещества для активных элементов и пассивных затворов /2/. Способ включает выращивание монокристаллов фторида лития методом Стокбаргера из сырья LiF квалификации "ОСЧ". В шихту добавляли примесь гибрида лития в концентрации 0,02-0,4 мол.% и выращивание проводили в водородной атмосфере. Для создания центров окраски на выращенные кристаллы воздействовали рентгеновским излучением при комнатной температуре дозой (0,1-1)10⁶ Гр.

Известен способ получения активных элементов перестраиваемых лазеров /3/. Методом Чохральского выращивают из расплава NaCl особой частоты кристалл NaCl-OH, выкалывают из него пластинку и проводят ее аддитивное окрашивание. Облучают пластинку ультрафиолетовым светом при комнатной температуре.

Ближайшим аналогом является способ создания рабочей среды /4/, Выращивают кристаллы методом Чохральского. Кристаллы содержат массовую долю примеси таллия 0,07-0,13% и имеют хорошее оптическое качество. Содержание таллия в кристаллах определяют по A-полосе поглощения в области 248 нм. Центры окраски в кристаллах создавались по методике получения F_A-центров: облучение электронами при температуре 77 K, а затем облучение белым светом при - 30^oC. Для электронного облучения используют импульсный ускоритель, обеспечивающий поток электронов с энергией 1,6-1,8 МэВ и плотностью 410¹³ элс/см². Перед облучением кристаллы (6х6х2) мм полируют и помещают в герметически закрываемые кассеты. Электронное облучение создает в кристалле несколько типов ЦО.

Недостатком прототипа и вышеуказанных способов является невысокая концентрация рабочих центров окраски.

Целью предлагаемого изобретения является повышение концентрации рабочих центров окраски Tl^o(1) в кристаллах KCl-Tl.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе создания рабочей среды, включающем выращивание кристаллов хлористого калия из расплава с добавлением солей таллия, облучение ионизирующим излучением, соль таллия в расплав вводят в виде азотнокислого таллия TlNO₃ в количестве от 0,5 до 2,0 мас.%.

Концентрации, меньшие 0,5 мас.% TlNO₃, недостаточны для создания активной лазерной среды вследствие малой концентрации таллия и очень слабого увеличения концентрации рабочих центров по сравнению с кристаллами, активированными хлористым таллием.

Концентрации, большие 2,0 мас.% TlNO₃, также неэффективны вследствие конкурирующего влияния сложных центров окраски, снижающих эффективность лазерной среды.

Способ осуществляется следующим образом. Кристаллы KCl-Tl с Tl^o(1) центрами окраски являются активной лазерной средой для перестраиваемых лазеров в диапазоне 1,4-1,6 мкм. Для получения активной среды кристаллы выращивают из расплава по методу Стокбаргера в вакуумированных кварцевых ампулах из соли KCl марки "ОСЧ" с добавкой азотнокислого таллия (TlNO₃) в концентрации от 0,5 до 2,0 мас.%. Контроль за содержанием таллия в кристаллах осуществляют по A-полосе поглощения таллия в ультрафиолетовой области спектра (при 248 нм в максимуме полосы при 266 нм на ее длинноволновом спаде). Центры окраски Tl^o(1) создают гамма-облучением кристаллов от радиоактивного источника ⁶⁰Co дозой (1-5)10⁷ р при температуре сухого льда (истинное содержание таллия в кристаллах на порядок ниже). Контроль за концентрацией Tl^o(1) центров окраски осуществляют по полосе поглощения данных центров в ИК-области с максимумом при 1,04 мкм и по интенсивности полосы люминесценции с максимумом при 1,5 мкм, возбуждаемой в полосе поглощения 1,04 мкм.

Получено, что при активации кристаллов азотнокислым таллием по сравнению с кристаллами, активированными хлористым таллием, при равных концентрациях таллия и прочих равных условиях получения активных элементов лазеров достигается более высокая концентрация рабочих центров окраски Tl^o(1). Этот факт обусловлен тем, что в необлученных кристаллах KCl-Tl, выращенных с добавками TlNO₃, лучше соотношение основные/димерные центры, чем в выращенных с добавками TlCl и, соответственно, в активной среде лучше соотношение Tl^o(1)/Tl^oTl⁺(1) центров окраски. Появление дополнительных Tl^oTl⁺(l) центров окраски, поглощение которых накладывается на поглощение рабочих Tl^o(1) центров окраски, приводит к неактивным лазерным потерям. На чертеже приведены спектры поглощения кристаллов KCl-TlNO₃ - кривая 1 для содержания 1 мас. % TlNO₃, KCl-TlCl - кривая 2 для 0,9 мас.% TlCl и кривая 3 для 5 мас.% TlCl при 80 K, приведенные к равной интенсивности в максимуме полосы. Как следует из чертежа, наложением полос поглощения центров Tl^oTl⁺(1) на рабочие центры обусловлено уширение данных полос. И при высоких концентрациях сложных центров следует сдвиг полос поглощения и люминесценции в длинноволновую область - кривая 3.

Пример. Выращивают кристаллы KCl-Tl из расплава с введением в шихту 0,5 - 2,0 мас. % TlNO₃. Аналогично выращивают из расплава кристаллы KCl-Tl для сравнения с введением в шихту 0,45 -1,8 мас.% TlCl. Выкалывают образцы кристаллов размерами 10х10х2 мм. Облучают гамма-излучением от радиоактивного источника ⁶⁰Co дозой 110⁷ р при температуре сухого льда. Определяют коэффициент поглощения в максимуме полосы Tl^o(1) центров при 1,04 мкм. Эти данные приведены в таблице.

Как видно из таблицы, концентрация лазерно-активных Tl^o(1) центров окраски при введении в исходную шихту для выращивания кристаллов азотнокислого таллия выше, чем при введении хлористого таллия.

Рабочая среда, созданная предлагаемым способом, может использоваться в качестве активной среды для твердотельных перестраиваемых лазеров, в качестве пассивных лазерных затворов может использоваться в волоконной оптике.

Источники информации

1. Авт. св. СССР N 1528278 H 01 S 3/16, 3/11, 1987.

2. Авт. св. СССР N 1695801 H 01 S 3/16, 3/11, 1987.

3. W.Jullerman et al. Optical properties and stable, broadly tunable CN laser operation of new Fa type centers in Tl doped alkali holides. Optics Communications, 1981, v. 39, N 6, P.391.

4. Бетеров И.М., Дроздова О.В. и др. Исследование оптических и генерационных характеристик Tl^o(1)-центров окраски в кристалле KCl:Tl. - Квантовая электроника, 13, N7, 1986, с. 1524-1525 (прототип).