ЛАЗЕРНЫЙ МАТЕРИАЛ

ЛАЗЕРНЫЙ МАТЕРИАЛ


RU (11) 2231187 (13) C2

(51) 7 H01S3/16 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - прекратил действие, но может быть восстановлен 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 2002125535/28 
(22) Дата подачи заявки: 2002.09.25 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2002.09.25 
(43) Дата публикации заявки: 2004.03.27 
(45) Опубликовано: 2004.06.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2075142 C1, 10.03.1997. G. HUBER. Laser sources and applications. IOP PUBLISHING, 1996, p. 141-162. US 4841530 A, 20.06.1989. 
(72) Автор(ы): Кузьмин О.В. (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Кузьмин Олег Викторович (RU) 
Адрес для переписки: 105554, Москва, ул. Первомайская, 66, кв.135, пат.пов. Т.К.Широковой, рег.№ 361 

(54) ЛАЗЕРНЫЙ МАТЕРИАЛ 

Изобретение относится к материалам, применяемым в квантовой электронике, в частности к монокристаллам для высокоэффективных твердотельных лазеров с диодной накачкой, излучающих в диапазоне 1,06 мкм. Лазерный материал на основе ортоборатов редкоземельных элементов и скандия, который имеет химическую формулу R1-x-yNdxScyBO3, где R-La и/или Се, 0,01<х<0,25; 0,5<у<0,9. Обеспечено получение лазерного материала с высокой концентрацией неодима и высоким оптическим качеством. 2 ил., 2 табл.




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к материалам, применяемым в квантовой электронике, в частности, к монокристаллам для высокоэффективных твердотельных лазеров с диодной накачкой, излучающих в диапазоне 1,06 мкм.

Одним из основных свойств хорошего лазерного материала, применяемого в твердотельных лазерах с диодной накачкой, является наличие интенсивной линии с высоким коэффициентом поглощения на длине волны накачки. Это может быть достигнуто путем введения в лазерный материал ионов активатора с высокой концентрацией.

Известен лазерный материал с химической формулой Nd:Y3Al5O12. В Nd:Y3Al5O12 максимальная концентрация ионов неодима составляет 1,1%, при этом коэффициент поглощения на длине волны накачки равен 10 см-1. Получение Nd:Y3Al5O12 с более высокой концентрацией ионов неодима невозможно из-за низкого коэффициента распределения неодима в объеме лазерного материала (А.А. Каминский, Л.К. Аминов, В.Л. Ермолаев и др. Физика и спектроскопия лазерных кристаллов. - М.: Наука, 1986, с. 249-253).

Известен лазерный материал, имеющий химическую формулу Nd:YVО4. В Nd:YVО4 оптимальная концентрация ионов неодима составляет менее 2%, максимальный коэффициент поглощения - 40 см-1. При увеличении концентрации ионов неодима наблюдается большое количество включений в лазерном материале, вызывающих потерю оптического качества (Н.М.Dess, S.R.Botin. Czochralski Growth and Properties of Yttrium Vanadate Crystals. Transactions of the Metallurgical Society of ATME, 1967, Vol. 239, p. 359-361).

Известен лазерный материал, имеющий химическую формулу Nd:GdVO4. При концентрации ионов неодима в Nd:GdVO4 до 2% коэффициент поглощения составляет 74 см-1 (А.И.Загуменный, В.И.Остроумов, И.А.Щербаков, Т.Йенсен, Я.П.Мейен, Г.Хубер. Кристаллы Nd:GdVO4 - новый материал для лазеров с диодной накачкой. Квантовая электроника, 1992, т. 19, №12, с. 1149 и 1150).

Основным недостатком лазерного материала Nd:GdVO4 является наличие центров рассеяния, вызывающих большие оптические потери (К.Shimamura, S.Uda, V.Kochurikhin, Т.Taniuchi, T.Fukuda. Growth and Characterization of Gadolinium Vanadate GdVО4 Single Crystals for Laser Applications. Jpn. J. Applied Physics, 1996, Vol. 35, p. 1832-1835).

Известен лазерный материал, имеющий химическую формулу Nd:LaSc3(BO3)4. Оптимальная концентрация ионов неодима составляет 10%, коэффициент поглощения неодима соответствует 36 см-1 (G. Huber. Solid-State Laser Materials. Laser Sources and Applications, 10P Publishing, 1996, p. 141-162).

Наиболее близким аналогом к заявляемому лазерному материалу является ортоборат скандия ScBO3 (К.И. Портной, Н.И. Тимофеева. Кислородные соединения редкоземельных элементов. - М.: Металлургия, 1986, с. 118-123).

Соединение ScBO3 нельзя использовать как лазерный материал, активированный неодимом из-за малого ионного радиуса катиона скандия.

Технической задачей данного изобретения является получение лазерного материала с высокой концентрацией ионов неодима Nd и высоким оптическим качеством.

Технический результат в предлагаемом изобретении достигают путем создания лазерного материала на основе ортобората скандия (ScBO3), в который согласно изобретению дополнительно введены катионы лантана La и/или церия Се и неодима Nd и он имеет формулу R1-x-yNdxScyBO3, где R - La и/или Се, при этом стехиометрические коэффициенты в химической формуле выбирают в пределах 0,01<x<0,25; 0,5<y<0,9.

Сущность предлагаемого лазерного материала раскрыта в нижеследующем описании и проиллюстрирована в таблицах и чертежах, где

в табл.1 приведены химический состав лазерного материала, условия его выращивания, время жизни верхнего лазерного уровня 4F3/2 неодима и оценка его оптической однородности;

в табл.2 приведены основные характеристики предлагаемого лазерного материала в сравнении с лазерными материалами, уже применяемыми в твердотельных лазерах с диодной накачкой;

на фиг.1 показан спектр люминесценции лазерного материала;

на фиг.2 - спектр поглощения лазерного материала.

Монокристаллы предлагаемого лазерного материала были выращены методом Чохральского из расплава.

В качестве исходных компонентов для приготовления шихты использовались соответствующие оксиды металлов лантана La и/или церия Се и неодима Nd высокой степени чистоты, а именно Lа2О3, СеО2, Nd2O3; Sc2O3; В2O3.

Компоненты шихты взвешивались, перемешивались и наплавлялись в иридиевый тигель.

Тепловой узел представлял собой систему керамических экранов из оксидов алюминия, циркония и иттрия. На начальной стадии кристаллы выращивались на иридиевую проволоку. В последующем из выращенных на иридиевую проволоку кристаллов изготавливались ориентированные монокристаллические затравки.

Скорость выращивания кристаллов составляла 1,5 мм/ч. Диаметр выращенных для исследований кристаллов составлял 15 мм, длина - 50 мм.

Замена лантана и/или церия на близкий по размерам ионного радиуса неодим позволило получить лазерный материал с высокой концентрацией неодима.

В процессе экспериментов по выращиванию кристаллов предлагаемой матрицы лазерного материала было установлено, что в кристаллах смешанных ортоборатов скандия, лантана и/или церия, начиная от температуры в точке кристаллизации и при последующем охлаждении выращенных кристаллов до комнатной температуры, не происходит полиморфных изменений.

Рентгеноструктурные исследования, проведенные на установке ДРОН-3, позволили установить, что предлагаемый лазерный материал кристаллизуется в моноклинной сингонии, предположительная пространственная группа Р2/m.

Как следует из табл.1, в выращенных монокристаллах лазерного материала при значениях стехиометрического коэффициента x меньше 0,01 коэффициент поглощения на длине волны накачки 808 нм недостаточно высок, а при x больше 0,25 верхний лазерный уровень 4F3/2 неодима практически потушен. При значениях стехиометрического коэффициента у меньше 0,5 и больше 0,9 кристаллы не обладали достаточным оптическим качеством из-за образования в них центров рассеяния. Оценка оптического качества кристаллов лазерного материала проводилась при помощи гелий-неонового лазера и оптического микроскопа. С целью практического применения лазерный материал может быть получен со следующими значениями стехиометрических коэффициентов: 0,01<x<0,25 и 0,5<y<0,9.0,2Nd0,05Sc0,75BO3, Ce0,2Nd0,05Sc0,75BO3, La0,1Ce0,1Nd0,05Sc0,75BO3.

Пик люминесценции неодима в лазерном материале, соответствующий лазерному переходу 4F3/2 4I11/2, находится в окрестности 1064 нм (фиг.1).

Максимальный пик поглощения неодима в лазерном материале, отвечающий переходу из основного состояния 4I9/2 в возбужденное состояние 4F5/2, расположен в окрестности 808 нм, коэффициент поглощения составляет 67 см-1 (фиг.2).

Из монокристаллов лазерного материала были изготовлены плоскопараллельные полированные пластинки размерами 55 мм и толщиной 1 мм. На полированные стороны пластинок были нанесены диэлектрические оптические покрытия. На одну сторону было нанесено антиотражающее на длине волны 808 нм и одновременно высокоотражающее, 99,8%, на длине волны 1064 нм покрытие. На вторую сторону было нанесено 98% отражающее покрытие на длине волны 1064 нм. Таким образом, каждая из пластинок лазерного материала с оптическими покрытиями представляла собой плоскопараллельный лазерный резонатор Фабри-Перо.

Накачка лазерного материала осуществлялась лазерным диодом компании SDL мощностью 1 Вт с длиной волны излучения 808 нм. Излучение накачки фокусировалось с помощью оптической системы в пятно диаметром 50 мкм.

Получена генерация на длине волны 1064 нм в непрерывном режиме. Порог генерации для всех исследуемых образцов лазерного материала не превысил 20 мВт. При накачке максимальной накачке мощностью 1 Вт выходная мощность лазерного излучения составила 620 мВт для La0,2Nd0,05Sc0,75BO3, 618 мВт для Ce0,2Nd0,05Sc0,75BO3, 605 мВт для La0,1Ce0,1Nd0,05Sc0,75BO3. Дифференциальный кпд лазерного излучения для всех трех образцов лазерного материала превысил 60%.

Как следует из результатов проведенных исследований и характеристик, приведенных в табл.2, предлагаемый лазерный материал является перспективным для применения в лазерах с диодной накачкой.






ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Лазерный материал на основе ортобората скандия SсВO3, отличающийся тем, что в него дополнительно введены катионы лантана La и/или церия Се и неодима Nd и он имеет химическую формулу R1-x-yNdxSCyBО3, где R-La и/или Се, 0,01<х<0,25, 0,5<у<0,9.


ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к лазерным квантовым генераторам, а именно лазеры и лазерное оборудование:

- твердотельные полупроводниковые лазеры

- газовые лазеры

- химические лазеры

- практическое применение в промышленности, науке и в быту газовых, твердотельных и химических лазеров.


Лазеры. Лазерное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+газовый -лазер".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "лазер" будут найдены слова "лазеры", "лазерный" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("лазер!").



Рейтинг@Mail.ru