Приготовление сырья Nd:YLF методом плавления и изучение роста и свойств его кристаллов - 05

2 Результаты и обсуждение

Сечение поглощения является важным параметром для оптической накачки лазерных кристаллов. Формула расчета:п_пресс =а_(л)/Н, гдеН — это концентрация Nd³⁺ в кристалле (число ионов в единице объема), которое составляет 1,78×10²⁰ см^-3, иа_(л) — коэффициент поглощения, который можно рассчитать по формуле (3):

а_(л) = А.303ЛЖ (1/Т)/д    (3)

В формулед — толщина кристалла в направлении пропускания света (см),Т — коэффициент пропускания, а коэффициент поглощения в направлении a рассчитывается как 5,99 см^-1 (797,4 нм), а коэффициент поглощения в направлении c составляет 9,77 см^-1 (792,3 нм). Поэтому их поперечные сечения поглощения составляют 3,37×10^-20 см² и 5,49×10^-20 см² соответственно.

На рисунке 9 показан спектр излучения Nd:YLF.(www.wisoptic.com)кристалл при возбуждении 808 нм, а также переходы энергетических уровней, соответствующие полосам излучения, показаны на рисунке. Видно, что полосы излучения кристалла в основном сосредоточены в трех полосах, около 0,9 мкм, 1,05 мкм и 1,3 мкм, что соответствует⁴Ф_3/2→⁴я_9/2,⁴Ф_3/2→⁴я_11/2 и⁴Ф_3/2→⁴я_13/2 переходы Nd³⁺, соответственно. Имеются сильные пики излучения при 1047 нм и 1053 нм вблизи 1,05 мкм, а самый сильный пик излучения находится при 1047 нм.

Инжир.9 Спектр излучения кристалла Nd:YLF, возбуждаемого 808 нм

На рисунке 10 показана измеренная кривая затухания флуоресценции кристалла Nd:YLF. Время жизни флуоресценции составляет 483 мкс после подгонки с помощью одного экспоненциального уравнения. Его время жизни флуоресценции примерно в два раза больше, чем у Nd:YAG, что упрощает достижение высокоэнергетического импульсного лазерного выхода.

Инжир.10 Кривая затухания флуоресценции кристалла Nd:YLF при 1047 нм

Сечение вынужденного излучения (п_Эм) является важным параметром для оценки лазерных материалов и проектирования лазерных устройств.п_Эмпика излучения Nd:YLF можно оценить непосредственно из спектра излучения по формуле (4):

Где а_(л) представляет собой сечение вынужденного излучения на длине волныл,л — центральная длина волны полосы излучения,с — это скорость света (с=3×10⁸РС),н — показатель преломления кристалла,т_м — время жизни флуоресценции, Δн — это полумаксимальная полная ширина пика излучения (см^-1),б — это коэффициент ветвления флуоресценции соответствующего перехода уровня энергии длины волны Nd³⁺ люминесцентный ион в кристалле, иб значение, соответствующее⁴Ф_3/2→⁴я_11/2 переход при 1047 нм и 1053 нм составляет 0,18. Таким образом, сечения испускания при 1047 нм и 1053 нм вычисляются как 1,598×10^-19 см² и 1,358×10^-19 см², соответственно. Можно обнаружить, что сечения излучения этих переходов относительно велики и примерно равны сечениям излучения Nd³⁺-легированный YAG (1,422×10^-19 см²) и YVO₄ (1,37×10^-19 см²) кристаллов. Поскольку произведение времени жизни флуоресценции и сечения вынужденного излучения обратно пропорционально порогу генерации лазера, Nd:YLF демонстрирует более низкий порог генерации, чем лазеры Nd:YAG.

3 Заключение

В этом исследовании использовалось почти закрытое плавильное устройство, и сырье полностью расплавлялось, а плавающие материалы полностью утилизировались при температуре выше температуры плавления кристалла YLF, чтобы получить высокочистое поликристаллическое сырье для роста Nd:YLF. Используя сырье, приготовленное методом плавления, был выращен полный кристалл Nd:YLF размером ϕ35 мм×140 мм методом вытягивания в атмосфере высокочистого аргона. Ширина полупика XRC кристалла составляла всего 0,007°, что указывает на хорошее качество кристалла. Коэффициент сегрегации Nd³⁺ в кристалле Nd:YLF составляет 0,3, что способствует достижению высокой концентрации легирования и повышению эффективности лазера. Для различных направлений кристалла самые сильные пики поглощения немного отличаются, они составляют 797,4 нм (направление a) и 792,3 нм (направление c) соответственно, с коэффициентами поглощения 5,99 см^-1 и 9,77 см^-1соответственно и сечения поглощения 3,37×10^-20 см² и 5,49×10^-20 см², соответственно. Самый сильный пик излучения находится при 1047 нм, сечение излучения составляет 1,598×10^-19 см2, а время жизни флуоресценции составляет 483 мкс. Экспериментальные результаты показывают, что поликристаллическое сырье Nd:YLF, полученное методом плавления, имеет высокую чистоту кристаллической фазы, что позволяет значительно снизить образование фторидных оксидов во время роста кристаллов, удовлетворяет требованиям роста кристаллов в атмосфере Ar и обеспечивает новый технический подход к выращиванию высококачественных и недорогих кристаллов серии YLF.