Создание ИК лазеров на керамических активных элементах

Объектами исследований являются технологии получения высокопрозрачных керамик для нужд квантовой электроники. В работе сообщается о результатах исследований по воздействию лазерного излучения на пористые мишени из прозрачных материалов с учетом ширины спектральной линии генерируемого излучения. Показывается, что при рассеянии излучения на сферической частице из прозрачного материала при диаметре частице, близком к длине волны излучения, интенсивность рассеянного излучения приобретает пичковый характер, причем величина интенсивностей отдельных пиков может в десятки раз превышать интенсивность падающего излучения. В этом случае падающее на частицу излучение возбуждает в ней собственные квазинормальные приповерхностные моды. Интерференция, возникающая между вторичной волной и излучением, падающим на частицу, приводит к возникновению положительной обратной связи для рассеянного частицей излучения. Интенсивность излучения, прошедшего через частицу, резонансно зависит от диаметра частиц и длины волны, имеющих в точке рассеяния случайные значения, что предопределяет их значительный разброс, а, следовательно, и разброс времен образования лазерного факела, определяя динамику начальной стадии оптического разрушения материала. Сообщается также о получении высокопрозрачных образцов керамик на основе оксида иттрия, соактивированных ионами тулия и гольмия (Tm,Ho:Y2O3). Для этого синтезированы Y2O3–Sc2O3 нанопорошки, активированных одновременно ионами Tm3+ и Ho3+. Они имели моноклинную структуру и средний размер частиц 19нм. Эти порошки под давлением 200 МПа прессовались в цилиндры диаметром 14мм и толщиной 3мм. После обжига в воздушной атмосфере в течение 3 ч при температуре 900 °С компакты спекались в течение 5 ч при 1750 °С и остаточном давлении газов на уровне 10−3 Па. Спечённые керамические образцы прокаливались на воздухе в течение 2 ч при температуре 1400 °С для устранения кислородных вакансий и полировались с обеих сторон до зеркального блеска. Окончательный диаметр и толщина полученных керамик составляли 11 мм и 2 мм, соответственно. Синтезированные образцы имели кубическую кристаллическую решетку с параметрами 10,508А и 10,510А при характерных концентрациях ионов Tm3+/Ho3+ 8.82×1020 см−3/0.83×1020 см−3 и 8.54×1020 см−3/1.65×1020 см−3, соответственно. Пропускание образцов при длине волны 1мкм было близко к 80% Полученные результаты свидетельствуют о том, что прозрачные керамики Tm,Ho:Y2O3 являются перспективными активными средами для широко перестраиваемых и фемтосекундных лазеров, излучающих в области 2 мкм. Предложен оригинальный метод количественной оценки распределения легирующих ионов Er3+ по узлам с симметрией C2 и C3i в кубической структуре типа биксбиита на основе вероятностей переходов, полученных с помощью теории Джадда-Офельта. Показано, что в керамике Er:Y2O3 ионы Er3+ следуют почти идеальному распределению, при этом 3/4 ионов находятся в позициях C2, а добавление Sc искажает его в пользу позиций C3i. Продемонстрирован непрерывный керамический лазер Er:(Sc,Y)2O3 с выходной мощностью 312 мВт на длине волны 2716 нм и дифференциальной эффективностью 18.6% при пороге 128 мВт. При комнатной температуре исследовалась импульсная катодолюминесценция селенида цинка. Показано возможность определения качества этого материала по спектру его люминесценции.