Получение и исследование свойств керамик на основе лютеций-алюминиевого граната, легированного Yb, Er, Ce

В последние годы материалы на основе гранатов Yb:YAG и Yb:LuAG, легированных ионами Yb, Er, Ce, привлекли большое внимание в качестве активных тел для компактных мощных и высокоэффективных лазеров. Кристаллы Yb:YAG или поликристаллические керамики рассматриваются как одна из доминирующих сред усиления лазера благодаря их превосходным свойствам в оптических, химических, термических и механических аспектах. Однако при легировании YAG ионами Yb, последние замещают ионы Y, вызывая, таким образом, в некоторой степени искажение кристалла. Следовательно, материалы Yb:YAG с более низкой концентрацией ионов Yb, как правило, могут обладать лучшими свойствами, чем более тяжелые сильнолегированные материалы. LuAG обладает несколько иными свойствами по сравнению с материалами YAG, являясь многообещающим кандидатом в качестве активного тела лазера. Несмотря на то, что чистые кристаллы YAG демонстрируют более высокую теплопроводность, чем у чистых кристаллов LuAG, ионы Yb, легированные в YAG, могут привести к резкому снижению теплопроводности из-за уменьшения среднего свободного пробега фононов, что является следствием огромной разницы в массе между ионами Yb и Y. Напротив, масса ионов Lu очень близка к массе ионов Yb, поэтому теплопроводность относительно плавно снижается по мере увеличения концентрации ионов Yb. Еще одной интересной характеристикой Yb:LuAG является то, что он имеет большое поперечное сечение пика излучения по сравнению с Yb:YAG. Совсем недавно были исследованы спектроскопические и лазерные характеристики кристалла Yb:LuAG, и результат указывает на то, что большое поперечное сечение излучения будет более подходящим для генерации ультракороткоимпульсного лазера. Лютеций-алюминиевый гранат имеет повышенную плотность и теплопроводность в сравнении с другими редкоземельными гранатами за счет относительно небольшой постоянной решетки. LuAG отлично подходит для легирования такими ионами, как Yb, Er, Ce и может выступать в качестве активного тела для твердотельных лазеров с диодной накачкой. Преимуществом также является малое изменение свойств кристалла при увеличении концентрации легирующей примеси. К недостаткам можно отнести высокую температуру плавления LuAG, а также высокую стоимость лютеция.