авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 | 2 ||

Механизмы образования фототропных активаторных центров хрома и ванадия в кристаллах гранатов

-- [ Страница 3 ] --

Расчетная кривая 1 на начальном участке хорошо совпадает с экспериментальной кривой 2. Эффект заметного насыщения экспериментальной кривой просветления при более высоких плотностях просвечивающего сигнала связан, по-видимому, с эффектами перепоглощения из возбужденного состояния 3T2, время жизни которого, определенное по кинетике затухания люминесценции на переходе 3T23A2, оказалось равным 1 мкс. Исследование характера кривой релаксации возбужденного состояния методами пикосекундной спектроскопии с временным разрешением не выявило наличия быстрой компоненты. Исходя из этого обстоятельства и характера кривой просветления, можно сделать вывод, что наиболее вероятным механизмом релаксации возбужденных ионов V3+, определяющим насыщение кривой просветления, может быть процесс ступенчатых переходов из состояния 3T2 в состояние 3T1.

Испытание пассивного затвора для модуляции добротности резонатора была проведены в йодном фотодиссоционном лазере, в котором световая накачка активной среды осуществлялась излучением импульсного разряда в цилиндрическом зазоре полостной ксеноновой лампы. Было установлено, что, как и при использовании пассивных затворов на основе жидкостных красителей, оптимальная величина начального пропускания кристаллического пассивного затвора для йодного лазера лежит так же в области 10-15%. При этом отношение энергии йодного лазера в режиме модулированной добротности резонатора к энергии импульса в режиме свободной генерации, полученной в аналогичных условиях составляло 0.25 и близко к аналогичной величине, наблюдавшейся в этом же лазере с использованием пассивных затворов на основе жидкостных красителей. Зарегистрированный на осциллограмме временной профиль импульса генерации (в полном соответствии с выполненными оценками релаксационных характеристик фототропного затвора) представляет собой одиночный импульс длительностью 15-30 нс, меняющийся в зависимости от варьируемых условий усиления в газовой активной среде йодного лазера. Результаты по исследованию фототропного затвора для диапазона длин волн 1.2-1.4 мкм показывают, что исследованные затворы стабильно сохраняют рабочие характеристики в течение длительного времени, обладают относительно высокой скоростью релаксации возбужденного состояния и могут успешно применяться для реализации режима пассивной модуляции добротности резонатора в лазерах указанного диапазона длин волн.

В пятой главе приведены результаты исследований модулирующих свойств пассивного затвора на основе кристаллов АИГ:V в миниатюрных неодимовых лазерах с торцевой полупроводниковой накачкой. Были исследованы режимы модуляции добротности на длинах волн 1.32 и 1.06 мкм. На длине волны 1.32.мкм исследования проводились дл двух типов резонаторов. Их схемы приведены на рис.11. В первом из них был использован активный элемент с плоскими торцами диаметром 4мм х4 мм. Во втором был использован активным элемент, имеющий те же размеры с торцом, обработанным под сферу с радиусом r=3 см.

Рис. 11. Резонаторы с двумя типами активных элементов АИГ:Nd.


Конфигурация внутрирезонаторной моды для обоих резонаторов представлена на рис. 12.

Резонатор с элементом со сферическим торцом позволяет создавать внутрирезонаторную перетяжку моды, что дает возможность иметь на нелинейном элементе более чем двукратное превышение мощности лазерного пучка по сравнению с плотностью мощности на активном элементе. Режимы модуляции добротности на длине волны 1.32 мкм были получены для двух конфигураций резонаторов и для АИГ:V затворов с различными значениями начальных пропусканий.

Рис.12. Радиус внутрирезонаторной моды для резонаторов с различной геометрией активных элементов(АЭ) 1-Плоский АЭ, 2- АЭ со сферическим входным торцом при диаметре входного пятна 0.2x0.2 мм.

Результаты исследований приведены в таблице 5. Коэффициент преобразования непрерывного излучения в моноимпульс оказался больше для оптической схемы с активным элементом со сферическим торцом. Для плоскопараллельного резонатора отношение мощностей моноимпульсной и непрерывной генерации составило 0.3. Для активного элемента со сферическим торцом оно равнялось 0.45.

Выходной сигнал представлял собой непрерывный ряд гладких импульсов с длительностями единиц десятков наносекунд.

Таблица 5.

Непрерывная генерация Моноимпульс T=98% Моноимпульс T=94% Моноимпульс T=90%
Плоский АЭ Сферич АЭ Плоский АЭ Сферич АЭ
Средняя выходная мощность, мВт 450 550 210 150 175 148
Порог, Вт 0.2 0.2 0.4 0.9 0.6 0.9
Длительность импульса, нс - - 60 14 12.5 6.7
Частота повторения, КГц - - 50 20 25 20
Пиковая мощность, Вт 70 500 550 1100

Кроме того, была испытана оптическая схема, где пассивный затвор служил выходным зеркалом. Схема такого лазера приведена на рис. 13. Для моноимпульсного режима на длине волны 1.32 мкм был достигнут дифференциальный КПД 19% при средней выходной мощности до 145 мВт. Длительность импульса составила 6.7 нс при частоте повторения 20Кгц.

 Оптическая схема и конфигурация-22
Рис.13. Оптическая схема и конфигурация внутрирезонаторной моды для лазера с активным элементом АИГ:Nd со сферическим торцом и пассивным затвором с нанесенным на нем выходным зеркалом.

Были проведены генерационные исследования режима пассивной модуляции добротности на длине волны 1.06 мкм. Основанием для этого послужили сравнительные данные по спектроскопическим характеристикам пассивных затворов на основе гранатов с хромом и ванадием. Они приведены в таблице 6. Как видно из таблицы 6, не смотря на меньшее значение сечения поглощения из основного состояния (3.0*10-18 см2) на длине волны 1.06 мкм по сравнению со значением для кристалла АИГ:Cr4+(5.7*10-18 см2), у АИГ:V наибольшее значение отношения сечения поглощения из основного состояния к сечению поглощения из возбужденного состояния (GSA/ESA = 20).

Таблица 6

Q- switch GSA=1.06m *1018 cm2 ESA=1.06m *1019 cm2 GSA=1.
35
m *1018 cm2
ESA=1.35m *1018 cm2
YAG:Cr4+ 5.7 8.0 - -
GSGG:Cr4+ 3.2 4 - -
YAG:V3+ 3.0±1.2 1.4±0.6 7.4±2.8 3.0±2

GSA сечение поглощения из основного состояния

ESA - сечение поглощения из возбужденного состояния

От этого зависит контраст затвора и эффективность преобразования в моноимпульс. В таблице 7 приведены экспериментально полученные параметры для режима модуляции добротности с помощью затворов на основе кристаллов АИГ:V на длине волны 1.06 мкм в АИГ:Nd в миниатюрном лазере с торцевой накачкой излучением лазерного диода с мощностью 2 Вт. Для сравнения в этой же системе были получены параметры модуляции добротности с помощью пассивного затвора на основе АИГ:Cr4+.

Таблица 7.

YAG:V3+, T0=68% YAG:V3+, T0=77% YAG:V3+, T0=84% YAG:Cr4+, T0=77%
E, J 35 23 12 30
, ns 2 2.5 4.5 1.9
F, KHz 8 15 18 10
P, mW 280 360 220 300

а) б) в)
Рис. 14. Осциллограммы моноимпульсов 1.064 мкм : а) АИГ:V, T0=68%, б) АИГ:V, T0=77%, в) АИГ:Cr4+, T0=77%. Временной масштаб развертки осциллографа 5 нс/деление.

Максимальный коэффициент преобразования в моноимпульс (0.45) и максимальная средняя мощность (360 мВт) наблюдались для затвора на основе АИГ:V с начальным пропусканием 77%. При сравнимых условиях в лазере с затвором на основе АИГ:Cr4+ с таким же начальным пропусканием эффективность преобразования составила 0.33, что существенно меньше (в ~1.36 раза), чем в лазере с затвором на основе АИГ:V.

Таким образом, показано, что затвор на основе АИГ:V, может обеспечивать модуляцию добротности как в спектральной области 1.3 мкм, так и в области 1 мкм.

Выводы.

  1. Проведены экспериментальные исследования условий образования спектров ДП в гранатах, соактивированных хромом и щелочно-земельными элементами. Установлено, что спектры ДП связаны с ионами Cr4+ в октаэдрических и тетраэдрических позициях решетки граната.
  2. Показано, что спектры дополнительного поглощения в смешанных гранатах принадлежат тетраэдрически координированным ионам хрома, в то время как в АИГ спектры ДП обусловлены как тетраэдрически, так и октаэдрически координированными ионами Cr4+, что связано с ограниченностью вхождения Cr4+ в тетраэдрические узлы в АИГ из-за наименьшей в ряду исследованных гранатов постоянной решетки.





    Поэтому показатели поглощения для смешанных гранатов (напр. ГСГГ) могут достигать значений более 10 см-1 в то время как для АИГ реально достигаемый показатель поглощения составляет не более 2.5 см-1.

  3. На основе экспериментально определенных значений силы кристаллического поля Dq и путем соответствующего подбора параметров Рака в рамках ТКП рассчитаны электронные уровни октаэдрических и тетраэдрических ионов Cr4+ в кристаллах АИГ и ГСГГ. Полученные результаты хорошо согласуются с наблюдаемыми спектрами.
  4. Выбрана модель МО ЛКАО для расчета октаэдрических и тетраэдрических комплексов ионов Cr4+. Составлены программы для самосогласованных расчетов этих комплексов по методу МО ЛКАО МВГ. Рассчитаны энергии основных и возбужденных состояний кластеров [CrO6]8- и [CrO4]4-.Предложена новая модель основных состояний кластеров, согласно которой Cr4+ представляет собой Cr3++e+ (дырку в кислородном окружении).
  5. Получены кристаллы АИГ:V выращенные методом ВНК. Показано, что спектр поглощения кристаллов определяется октаэдрическими и тетраэдрическими ионами V3+.
  1. По результатам самосогласованных расчетов получено распределение зарядов и оценка ковалентности в связи Cr4+ - O2-. Вычисленные на этой основе параметры ТКП по сравнению с ионной моделью находятся в значительно лучшем согласии с экспериментально определенными параметрами.
  2. Спектр кристаллов интерпретирован в рамках теории кристаллического поля. Эмпирически определены параметры кристаллического поля. Раcчитанные положения уровней находятся в хорошем соответствии с наблюдаемыми полосами поглощения.
  3. Восстановительный отжиг кристаллов АИГ:V выращенных методом ВНК приводит к появлению спектра ДП. Спектр ДП принадлежит ионам V3+ в тетраэдрической координации.
  4. Исследованы фототропные свойства кристаллов АИГ:V с использованием йодного лазера. Измерена кривая просветления образцов АИГ:V на длине волны 1.315 мкм. Установлено, что экспериментальная кривая просветления отличается от расчетной кривой. Насыщение экспериментальной кривой наступает при больших плотностях излучения. Причиной тому является перепоглощение из возбужденного состояния 3T2. Этот фактор ограничивает контраст затвора.
  5. Была получена пассивная модуляция добротности с использованием АИГ:V пассивного затвора. При этом отношение энергии моноимпульса к энергии свободной генерации составило 0.25.
  6. Четырехвалентный хром в тетраэдрической координации может служить источником селективных распределенных потерь на длине волны 1.06 мкм и использоваться для подавления суперлюминесценции и создания благоприятных условий генерации на не основных линиях генерации неодима (1.35, 1.44 мкм). Было показано, что с увеличением концентрации четырехвалентного хрома в спектре люминесценции неодима соотношение интенсивностей линий 1.06 и линий 1.35, 1.44 мкм меняется в меньшую сторону. Благодаря наличию поглощающих центров Cr4+ в тетраэдрической координации была получена генерация как в режиме свободной генерации, так и в режиме модулированной добротности на активных элементах ГСГГ:Cr:Nd с непросветленными торцами.

11. Экспериментально показано, что пассивный затвор на основе кристалла АИГ:V эффективно работает как в спектральной области 1.3 мкм, так и в области 1.06 мкм. Причем на длине волны 1.06 мкм затвор на основе АИГ :V в сравнении затвором на основе АИГ:Cr4+ демонстрирует большую эффективность благодаря большему значению отношения поглощения из основного состояния и поглощения из возбужденного состояния.


Список опубликованных по теме диссертации работ.

  1. Л.И.Крутова, Н.А.Кулагин, В.А.Сандуленко, А.В.Сандуленко. Электронное состояние и позиции ионов хрома в кристаллах граната. Физика твердого тела, 1989, т.31, №7, c. 170-175.
  2. Л.И. Крутова, Н.А.Кулагин, В.А.Сандуленко, А.В. Сандуленко “Спектры поглощения и люминесценции октаэдрических и тетраэдрических ионов V3+ в РЗ гранатах. IX Всесоюзный симпозиум по спектроскопии кристаллов, активированных ионами редкоземельных и переходных металлов, тезисы доклада, Ленинград 1990г, с.81.
  3. Н.Н.Ильичев, А.В.Кирьянов, П.П.Пашинин, В.А.Сандуленко, А.В.Сандуленко, С.М.Шпуга Анизотропия нелинейного поглощения в кристалле ИАГ:V3+. Квантовая электроника 1995, т.22, №12, c.1192-1194.
  4. А.С.Гренишин, В.М.Киселев, Л.И.Крутова, А.В.Лукин, А.В.Сандуленко, В.А.Сандуленко. Кристаллический пассивный затвор для йодного лазера. Письма в ЖТФ, 1995, т. 21, №.4
  5. В.Н.Иванов, И.В.Мочалов, А.В.Сандуленко. Влияние селективных распределенных потерь в кристаллах гадолиний–скандий галлиевого граната (ГСГГ:Cr:Nd) на генерацию 1.3 мкм. 5 Международная конференция “Прикладная оптика”, Труды оптического общества им. Д.С.Рождественского, С-Пб, 2002, т.3, с.49-52.
  6. V.N.Ivanov, A.V.Sandulenko, V.A.Sandulenko, I.V.Mochalov, V.I.Ustugov, G.E.Novikov, Uk Kung, Kyeong-Hee Lee. 1.32 m YAG:Nd Q-switch laser with YAG:V3+ passive shutter. Proceedings of SPIE, Laser Optics 2003, Solid State Lasers and Nonlinear Frequency Conversion, 2003, v. 5478, p.26-30.
  7. В.Н.Иванов, Л.И.Крутова, И.А.Миронов, И.В.Мочалов, А.В.Сандуленко, А.Н.Титов. Лазер с длиной волны 1.54 мкм на кристаллах КГВ:Nd с ВКР-самопреобразованием и пассивной модуляцией добротности. 6 Международная конференция «Прикладная Оптика». Труды оптического общества им. Д.С.Рождественского, С-Пб, 2004, Т1(2), с.388-393.
  8. S.A.Zolotovskaya, K.V.Yumashev, N.V.Kuleshov, A.V.Sandulenko, “Diode-pumped Yb, Er:glass laser passively Q-switched with V3+:YAG crystal,” Applied Optics, 2005, v.44, p.1704-1708.
  9. Vasili G.Savitski, Igor A.Denisov, Alexander M.Malyarevich, Konstantin V. Yumashev, Alexander V.Sandulenko Passive Q-Switching of Diode Pumped Nd:KGd(WO4)2 Lasers by V3+:Y3Al5O12 Crystal with Anisotropy of Nonlinear Absorption, Applied Optics, N23, Vol.46, August 2007.


Pages:     | 1 | 2 ||
 

Похожие работы:








 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.