Разработка активных сред для ап-конверсионных твердотельных лазеров с диодной накачкой на основе моноклинного кристалла BaY2F8 легированного ионами Yb3+,Pr3+ и Ce3+ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.21, кандидат физико-математических наук Пушкарь, Александр Александрович

• Пушкарь, Александр Александрович
• кандидат физико-математических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Пушкарь, Александр Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ЛАЗЕРНЫЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КРИСТАЛЛЫ И ИХ СТИМУЛИРОВАННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ В ВИДИМОЙ И УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ ОБЛАСТЯХ СПЕКТРА.

1.1 Прозрачные диэлектрические кристаллические матрицы для твердотельных лазеров видимого и УФ диапазонов спектра.

1.2 Проблемы разработки активных сред для твердотельных лазеров видимого и УФ диапазонов спектра и способы их разрешения.

1.2.1 Проблема выбора источников накачки для твердотельных лазеров видимого, УФ диапазонов спектра.

1.2.2 Образование центров окраски и способы их по давления.

1.3 Выбор перспективной матрицы для лазеров видимого и УФ диапазонов спектра.

1.4 Многоуровнивые ап-конверсионные схемы возбуждения стимулированного излучения в активированных кристаллах.

1.4.1 Поглощение с возбужденного состояния (ЕБА).

1.4.2 Ап-конверсионная передача энергии (ЕТЦ).

1.4.3 Фотонная лавина (РА).

1.5 Ап-конверсионные лазерные схемы возбуждения фторидов активированных РЗИ цериевой и иттриевой подгруппы.

1.5.1 Ап-конверсионные лазерные схемы накачки кристаллов фторидов легированных РЗИ иттриевой подгруппы (Ег , Ег + УЬ3+, Тш3+, Тт3+ + УЬ3+, Но3+, Но3+ + УЬ3+).

1.5.2 Ап-конверсионные лазерные схемы в кристаллах фторидов л | 311' 11 з11' легированных РЗИ цериевой подгруппы (N<3 , Рг , Рг + УЬ , Рг3+, Рг3+ + Се3+).

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка активных сред для ап-конверсионных твердотельных лазеров с диодной накачкой на основе моноклинного кристалла BaY2F8 легированного ионами Yb3+,Pr3+ и Ce3+»

Актуальность работы. На фоне многообразия разработанных лазеров инфракрасного (ИК) диапазона спектра, выбор твердотельных лазеров, излучающих в видимой, ультрафиолетовой (УФ) и. вакуумной ультрафиолетовой (ВУФ) областях весьма ограничен.

В настоящий момент получение монохроматического, когерентного лазерного излучения в видимом и УФ диапазонах спектра практически осуществляется:

- при использовании газовых-лазеров, лазеров на красителях и парах металлов, которые представляют собой- громоздкие приборы с ограниченным сроком службы,.имеющие относительно большие размеры и?вес;

- при использовании: полупроводниковых- лазерных диодов . видимого диапазона,, обладающих рядом серьезных недостатков, ограничивающих их область применения, среди которых невысокие выходные оптические мощности генерации, необходимость их термостатирования;

- при использовании нелинейного преобразования в гармоники излучения твердотельных ИК лазеров,1 что- значительно; снижает: КПД и надежность такого прибора, и, главное, ограничивает выбор длин волн генерации;

Создание компактных твердотельных лазеров видимого и УФ диапазонов спектра позволит; решить целый2, ряд задач в различных областях науки и техники, таких как:, медицина, химические технологии; экология, микроэлектроника, оптоэлектроника, нанотехнологии, оптические измерения, лазерная спектроскопия, ,системы хранения и передача данных, посколькуони обладают рядом потенциальных достоинств, к важнейшим из которых можно отнести: возможность - достижения высоких удельных- оптических мощностей и энергий, экологическую чистоту, компактность, технологичность. Поэтому, даже далеко не полный перечень возможных применений такого рода излучателей указывает на актуальность работ, связанных с поиском, получением и исследованием эффективных твердотельных лазерных сред.

В настоящее время, основными проблемами в разработке компактных полностью твердотельных лазеров видимого и УФ! диапазонов спектра, являются:

1) Ограниченный выбор твердотельных источников накачки для возбуждения лазерной генерации на f-f и f-d переходах редкоземельных ионов (РЗИ) в активных матрицах;

2) Процессы соляризации, возникающие при возбуждении активных сред фотонами высоких энергий и приводящие к образованию центров окраски (ЦО).

Использование- ап-конверсионпых механизмов накачки активных сред решает обе эти. проблемы - позволяет использовать удобные твердотельные источники накачки, такие, как компактные лазерные диоды, и значительно снижает индуцированную фотоионизацией деградацию активных матриц.

Известное в настоящее время количество пригодных для использования в видимом, УФ, а, особенно, в ВУФ диапазонах спектра материалов весьма ограничено. К наиболее подходящим из них можно отнести неорганические фториды, поскольку данные кристаллы имеют наиболее коротковолновые границы собственного пропускания в сравнении с оксидами и наибольшую химическую стойкость в сравнении с другими классами соединений. Большое значение, также, имеет изоморфизм матричных кристаллов (матрицы) по отношению к РЗИ и изовалентное замещение активным ионом компонента матрицы. Из известных фторидных материалов одной из перспективных матриц для лазеров видимого, УФ и ВУФ диапазонов спектра являются кристаллы с моноклинной-структурой BaY2F8. В данной структуре позиции катионов^ разделены с высокой разностью- координационных чисел, что обещает проявить наивысшую стойкость при высокоэнергетическом облучении. Кроме того, коротковолновая граница собственного пропускания монокристалла BaY2F8 расположена на длине волны 125 нм, и он обладает 100% изоморфной емкостью по отношению к РЗИ иттриевой подгруппы [1,2].

Однако, указанные возможности реализуются только на монокристаллах высокого качества: с низким содержанием фоновых примесей, стойких к высокоэнергетичному коротковолновому излучению и т.д., поэтому вопросы практического применения лазерных матриц лежат также в области разработки технологии их выращивания, позволяющей получать высококачественные ориентированные кристаллы, легированные заданными концентрациями активатора/ов.

Фундаментальное свойство РЗИ в диэлектрических кристаллах -энергетическая многоуровневость и связанные с ней разнообразные люминесцентные и абсорбционные каналы являются широким плацдармом для разнообразных построений в области взаимодействия вещества с излучением накачки. Несмотря на то, что к настоящему времени в литературных источниках представлено множество ап-конверсионных механизмов, существует лишь одна работа, в которых была получена лазерная генерация видимого диапазона спектра при диодной накачке кристаллических активных сред [3]. В ряде работ [4-5] источником накачки служил непрерывный полупроводниковый лазер с оптическим возбуждением (ОЗР) от лазера на основе АЬОз:Т13+, однако, основной объем исследований в области изучения ап-конверсии проводится с использованием лазеров на УзА^Оп^ё3"1" (УАО:Кс13+), А1203:Т13+ и красителях, поскольку они обладают возможностью получения высоких плотностей мощности накачки и плавной перестройки длины волны генерации, что позволяет исследовать различные механизмы возбуждения [6-9].

В связи со значительным прогрессом в последнее время в исследовании полупроводниковых лазеров открываются большие перспективы для создания разнообразных ап-конверсионных твердотельных лазерных сред для получения генерации в широком диапазоне длин волн от дальней ИК до УФ областей спектра.

Цель настоящей диссертации состоит в разработке активных сред для ап-конверсионных твердотельных лазеров видимого и УФ диапазонов спектра с диодной накачкой.

Основные задачи работы:

1) Разработать ап-конверсионные схемы возбуждения эффективной многополосной люминесценции видимого и УФ диапазонов спектра при использовании в качестве источников накачки серийных лазерных диодов;

2) Определить критерии отбора и обосновать выбор матрицы для практической реализации разработанных ап-конверсионных схем;

3) Разработать методику выращивания активированных монокристаллов и получить образцы для исследований;

4) Провести комплексные исследования спектрально-люминесцентных свойств полученных образцов при использовании одно- и многоволновой диодной накачки.

Научная новизна работы определяется тем, что в ней впервые:

1) Реализованы ап-конверсионные схемы возбуждения эффективной многополосной люминесценции на, длинах волн 450-500, 510-560 и 570-650

1 1 Ч I нм в активной среде ВаУ2р8:УЬ ,Рг по механизмам ступенчатой сенсибилизации и поглощению с возбужденного состояния при использовании в качестве источников накачки серийных ИК лазерных диодов.

2) Предложены ап-конверсионные схемы возбуждения люминесценции в УФ диапазоне спектра на длинах волн 312-357 нм и 225-236 нм в активной среде по механизмам ступенчатой сенсибилизации и одно- или двухфотонному поглощению с высоколежащего состояния Ро иона Рг3+ при использовании в качестве источников накачки лазерных диодов с длинами волн генерации на 960, 840, 810-808 и 405 нм.

3) Проанализированы ап-конверсионные механизмы возбуждения многополосной, люминесценции с высоколежащих- 4£- состояний иона Рг в • •л I матрице ВаУ2рв:УЬ ,Рг и показано, что применение многоволновой; накачки позволяет получать десятикратный рост интенсивности отдельных полос люминесценции видимого диапазона спектра по сравнению с одноволновой накачкой при суммарной оптической мощности возбуждающих пучков до 5 Вт.

4) Измерено поглощение активаторов УЬ3+ и Рг3+ в моноклинной матрице л I о.«

ВаУ2Б8:УЬ ,Рг . Максимальная величина коэффициента поглощения выявлена вдоль направления кристаллографической оси Ь, что позволит повысить эффективность поглощения^ пучков накачки? при: уменьшении геометрических размеров активной среды.

5); Комплексно исследованы и решены основные технологические проблемы, возникающие: при выращивании моноклинных монокристаллов ВаУгРв, такие как: образование непрозрачной; фазы в виде полосчатых включений; в объеме или в виде шапки; сокращающей полезную длину кристалла; отсутствие затравливания и, образование полностью непрозрачной були в результате, массовой кристаллизации в объеме расплава; непредсказуемые напряжения и трещины. Решение указанных- проблем, сконструированный тепловой блок . и графитовый тигель позволили разработать методику выращивания ориентированных монокристаллов ВаУ2Р8:УЬ3+,Рг3+ и ВаУ2р8'УЬ3+,Рг3+,Се3+, позволившую получать образцы с концентрацией неизоморфных активаторов до О;83% (ат.); длиной до 50 мм и диаметром до 25 мм со стабильным выходом годных кристаллов около 70%.

6) Исследовано влияние кристаллографической ориентации затравки, на • качество и скорость роста моноклинных кристаллов ВаУ2р8- Выявлено направление преимущественного роста [111], позволившее увеличить скорость роста с 3 до 11 мм/ч без ухудшения качества выращенных монокристаллов.

7) Высказано предположение о кластерном вхождении РЗИ в матрицу ВаУ2Р8, что является необходимым условием для действия механизма ступенчатой сенсибилизации. Показано, что при концентрации иона УЬ3+ в матрице ВаУ2Р8, равной сумме концентраций ионов Рг3+ и Се3+, возможно получение бездефектных кристаллов с высокой концентрацией неизоморфных активаторов порядка 0,83% (ат.).

Практическая значимость работы состоит в том, что результаты проведенных исследЬваний являются основой для создания компактных полностью твердотельных лазеров с диодной накачкой, генерирующих излучение в значительной части видимого и части УФ диапазонов спектра. Использование разработанных ап-конверсионных схем накачки кристаллических активных сред ВаУ2Р8:УЬ3+,Рг3+ и ВаУ2Р8:УЬ3+,Рг3 %Се3+ позволит решит проблемы связанные с соляризацией активных сред и отсутствием выбора удобных твердотельных источников накачки. Разработанная методика выращивания монокристаллов ВаУ2Р8 методом Бриджмена позволяет получать высококачественные ориентированные кристаллы с заданными концентрациями активаторов РЗИ, что является критической стадией для внедрения данных активных сред в практику, а выявленное4 направления преимущественного роста [111] обеспечивает высокое качество и скорость роста кристаллов. Полученные образцы активных сред ВаУ2Р8:УЬ3+,Рг3+ и ВаУ2Р8:УЬ3+,Рг3+,Се3+ позволяют проводить исследования по достижению генерации в видимой и УФ областях спектра.

Личный вклад автора

В изложенных в диссертационной работе исследованиях автору принадлежит разработка ап-конверсионных схем накачки активных сред, получение опытных образцов и проведение их спектроскопических исследований, а также участие в анализе полученных результатов.

Основные положения, выносимые на защиту:

1) Достижение интенсивной многополосной люминесценции на длинах волн 570-650, 510-560 и 450-500 нм в активной среде ВаУ2Р8:УЬ3+,Рг3+ с высоколежащих 3Р[ + !16; 3Ро - состояний иона Рг3+ реализовано по ап-конверсионному механизму ступенчатой сенсибилизации и поглощению с возбужденного состояния при использовании одно- или многоволновой накачки серийными лазерными диодами ИК диапазона спектра.

2) Разработанная методика выращивания ориентированных кристаллов ВаУ2Р8:УЬ3+,Рг3+ и ВаУ2Р8:УЬ3+,Рг3+,Се3+ позволяет получать образцы с концентрацией неизоморфных активаторов до 0,83% (ат.), длиной до 50 мм и диаметром до 25 мм со стабильным выходом годных кристаллов около 70%.

3) Ориентация „моноклинного кристалла ВаУ2Р8:УЬ3+,Рг3+ значительно влияет на величину коэффициента поглощения активаторов, а'ориентация затравки - на качество и скорость его роста. Максимальные величины

1 I 1 I коэффициентов поглощения ионов УЬ и Рг в матрице ВаУ2Р8 получены вдоль кристаллографической оси Ь, а найденное направление преимущественного' роста [111] позволяет увеличить скорость роста совершенных монокристаллов с 3 до 11 мм/ч.

4) Использование многоволновой диодной накачки (на 960, 840, 808-810

Эх <3 I нм) активной среды ВаУ2Р8:УЬ ,Рг по механизмам ступенчатой сенсибилизации и поглощению с возбужденного состояния позволяет получать десятикратный рост интенсивности отдельных полос люминесценции видимого диапазона спектра по сравнению с одноволновой накачкой (на 960 нм) при суммарной оптической мощности возбуждающих пучков до 5 Вт.

5) Достижение люминесценции в УФ области спектра на длинах волн 312357 нм и 225-236 нм в активной матрице ВаУ2Р8:УЬ3+,Рг3+,Се3+ может осуществляться по ап-конверсионному механизму ступенчатой сенсибилизации и одно- или двухфотонновому поглощению с высоколежащего состояния 3Р0 иона Рг3+ при накачке серийными лазерными диодами ИК и видимого диапазонов спектра.

Апробация работы

Основные результаты и материалы работы докладывались на второй международной конференции по физике кристаллов «Кристаллофизика 21-го века», посвященной памяти М.П. Шаскольской, МИСиС, Москва 2003; XIII Feofilov symposium on spectroscopy of crystals doped by rare earth and transition metal ion, Irkytsk 2007; XII Conference on Laser Optics, St.Petersburg 2006.

Публикации

Основные результаты диссертации опубликованы в 12 работах (4 статьи в ведущих рецензируемых журналах, 6 тезисов докладов).

1. Уварова Т.В., Пушкарь A.A., Молчанов В.Н. Разработка технологии выращивания монокристаллов BaK^Fg методом вертикальной направленной кристаллизации // Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники, 4, 2004, с. 34.

2. Пушкарь A.A., Уварова Т.В. Ап-конверсионные среды для лазеров УФ- и ВУФ- диапазонов на основе монокристалла BaY2F8 // Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники, 4, 2006, с. 34. .

3. Аполлонов В.В., Пушкарь A.A., Уварова Т.В., Чернов С.П. Поглощение ионов Dy3+ и Nd3+ в монокристаллах BaR2F8 // Физика твердого тела, том 50, 9,

2008, с. 1596.

4. Пушкарь A.A., Уварова Т.В., Молчанов В.Н. Монокристаллы BaY2F8 легированные редкоземельными ионами, как перспективные ап-конверсионные среды для лазеров УФ и ВУФ диапазонов спектра // Квантовая электроника, 38, N4, 2008, с. 333.

5. Pushkar A. A., Ouvarova Т. V., Molchanov V. N. Up-conversion media on basis single crystals BaY2F8 for UV and VUV solid state lasers // Proceedings of the

4 : i3

SPIE - Volume 6610 Solid State Lasers and Nonlinear Frequency Conversion 2007, Vladimir I. Ustyugov, Editors, 66100KDOI:10.1117/12.739951 (March 30, 2007).

6. Kyiko V.V., Pushkar A.A., Uvarova T.V., Egorov A. Investigation of absorption of Ce3+, Pr3+ and Yb3+ in single crystals of BaR2F8 // Phys. Status Solidi С 6, N SI, S195-197 DOI 10.1002, pssc.200881358, 2009.

7. Пушкарь A.A., Уварова T.B. Разработка технологии выращивания монокристаллов BaY2F8 методом вертикальной направленной кристаллизации // Тезисы докладов второй международной конференции по физике кристаллов «Кристаллофизика 21-го века», посвященная памяти М.П. Шаскольской. -2003, МИСиС, Москва.

8. Pushkar А.А., Uvarova,T.V. Development of BaY2F8 with doped Ce, Pr, Nd Bridgman single crystal technique // Abstracts, International Conference «CRYSTAL MATERIALS-2005» (ICCM'2005), Kharkov, Ukraine, p. 120.

9. Pushkar A.A., Uvarova T.V. Single crystal media for lasers of UV and VUV regions on the basis of BaY2F8 // Book of abstracts and program ICPLC-2005, 2nd International Conference on Physics of Laser Crystals. -2005, Big Yalta, p. 11.

10. Uvarova T.V., Molchanov V.N., Pushkar A.A. Up-conversion media on basis single crystals BaY2F8 for UV and VUV solid state lasers // Technical Program, XII Conference on Laser Optics. -2006., St.Petersburg, p. 39.

11. Pushkar A.A., Uvarova T.V. Multilevel up-conversion schemes in crystals BaY2F8 doped rare-earth elements // XIII Feofllov symposium on spectroscopy of crystals doped by rare earth and transition metal ion. — 2007., Irkytsk.

12. Kyiko V.V., Pushkar A.A., Uvarova T.V. Spectroscopy of activators of rare-earth elements eerie and yttrium subgroups in monoclinic matrix BaY2F8 // Third International Conference on Optical, Optoelectronic and Photonic Materials and Applications (ICOOPMAO8). -2008, Edmonton Alberta, Canada.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы. Материал изложен на 123 страницах, содержит 37 рисунков, 14 таблиц и список литературы из 88 наименований.

Заключение диссертации по теме «Лазерная физика», Пушкарь, Александр Александрович

ВЫВОДЫ

1. Реализовано достижение интенсивной многополосной люминесценции на •длинах волн 570-650 нм, 510-560 нм и 450-500 нм в активной среде n I о а л n |

BaY2Fe:Yb ,Рг с Pj + I6; Ро - состояний иона Рг по ап-конверсионному механизму ступенчатой сенсибилизации и поглощению с возбужденного состояния при использовании одно- или многоволновой накачки серийными лазерными диодами ИК диапазона спектра.

2. Разработана методика выращивания ориентированных монокристаллов BaY2F8:Yb3+,Pr3+ и BaY2Fs*Yb3+,Pr3+,Ce3+, позволившая получать образцы с концентрацией неизоморфных активаторов до 0,83% (ат.), длиной до 50 мм и диаметром, до 25 мм со стабильным выходом годных кристаллов около 70%. Выявлено направление преимущественного роста [111], позволившее получать прозрачные монокристаллы, не содержащие трещин и включений при увеличении скоростей роста с 3 до 11 мм/ч.

3. Измерено поглощение активаторов Yb3+ и Рг3+ в моноклинной матрице

3 Н 34*

В аУгРв:Yb ,Рг и определено оптимальное кристаллографическое направление для накачки (вдоль оси Ь) образцов.

4. Проанализированы ап-копверсионные механизмы возбуждения люминесценции с высоколежащих 4f- состояний иона Pr3t" в матрице BaY2Fs:Yb3+,Pr3+ и показано, что применение многоволновой накачки позволяет получать в десять раз более интенсивные полосы люминесценции видимого диапазона спектра по сравнению с одноволновой накачкой при суммарной оптической мощности возбуждающих пучков до 5 Вт.

5. Предложены ап-конверсионные схемы возбуждения люминесценции в УФ диапазоне спектра на длинах волн 312-357 нм и 225-236 нм в активной среде BaY2F8:Yb3+,Pr3+,Ce3+ при использовании в качестве источников накачки лазерных диодов ИК- и видимого диапазонов спектра и выращены образцы монокристаллов.

116

4.7 Заключение

Проведенные исследования поглощения активной среды ВаУ2р8:УЬ3+,Рг3+ позволили уточнить положение штарковских уровней, определить коэффициенты поглощения ионов-активаторов и провести изучение их анизотропии. Показано, что коэффициенты поглощения одной и той же полосы в различных кристаллографических направлениях значительно различаются, и максимальная величина поглощения ионов УЬ3+, Рг3+ в кристалле ВаУ2Р8 соответствует направлению [010]. Узость полос поглощения 4£- конфигурации иона Рг3+, указывает на необходимость точной подстройки длины волны накачивающего пучка под максимумы полос.

Проведенные исследования спектрально-люминесцентных свойств активной среды ВаУ:Г8:УЬ5+,Рг3+ показали реальную возможность достижения многополосной люминесценции видимого диапазона спектра при одноволновом возбуждении 960 нм лазерным диодом по ап-конверсионному механизму APTE. Спектры люминесценции в диапазоне 400-700 им представляют собой три группы перекрывающихся полос эмиссии с 3Р0 -состояния Рг3+ в 570-650 нм (красно-оранжевой), на 510-560 нм (зеленой) и на 450 - 500 нм (сине-голубой) областях видимого диапазона спектра, а измеренный порог люминесценции в видимой области составил менее 360 мВт.

Показано, что использование двух- и трехволнового оптического возбуждения более эффективно для населения выеоколежащих 4f- состояний иона Рг3+ в матрице BaY2F8 поскольку: десятикратно увеличивается интенсивность люминесценции отдельных полос при суммарной оптической мощности накачки 5 Вт по сравнению с одноволновым возбуждением, проявляется новая полоса эмиссии с максимумом при 466 нм, снижается порог люминесценции при суммарно оптической мощности возбуждающих пучков до ~166 мВт. Заметно также, превалирование в видимой области спектра доли полос люминесценции красно-оранжевого (570-650 нм) и сине-голубого (450 - 500 лм) диапазона по отношению к зеленой области (510-560 нм) при использовании режима двух и трехволновой накачки, в то время как, при одноволновой накачке доля полос люминесценции каждой группы приблизительно одинакова.

Показано, что население нижайшей 5с1-полосы иона Рг3^ в матрице BaY2F8 путем с последующей эмиссией с длиной волны 225 нм возможно по одному из двух an-конверсионных механизмов: однофотонному или двухфотонному поглощению. Действие первого механизма состоит в поглощении 405 нм я . <2 возбуждающего пучка накачки ионами Рг находящимися в Ро состоянии, а второго - в одновременном поглощении двух фотонов 795-810 нм пучка.

Получение эмиссии на длинах волн* 320 и 345 нм возможно путем со-активировации матрицы BaY2F8:Yb3+,Pr3+ ионом-активатором Се3+, что позволяет сделать разработанная в данной работе методика выращивания легированных РЗИ матриц. Перекрытие нижайшей 5d- полосы иона Рг3+ с 5d-полосой иона Се3+ в BaY2F8 открывает возможность осуществления межионной передачи энергии благодаря кластерному вхождению РЗИ в данную матрицу.

Подводя итог вышесказанному, отметим, что многообразие выбора ап-конверсионых механизмов накачки высоколежащих' 4f и нижайшего 5d-состояний иона Рг3+, межионная передача энергии с 2F5/2 Yb3+ на *G4 Рг3+ и между 5d состояниями ионов Pr3t" и Се3+, полученная интенсивная л многополосная люминесценция с 3Р0- уровней ионов Рг3< монокристаллов BaY2F8:Yb3+,Pr3+ и BaY2F8:Yb3+,Pr3+,Ce3+ позволяют считать их перспективной активной средой для создания полностью твердотельных лазеров видимого и коротковолновых диапазонов спектра, а также указывает на необходимость ее дальнейших исследований с целью получения устойчивой генерации.

Считаю своим приятным долгом выразить глубокую благодарность моему научному руководителю Татьяне Владимировне Уваровой за интересную тему исследования, постоянное внимание и неоценимую помощь при выполнении работы и интерпретации полученных результатов.

Выражаю особую признательность и благодарность Владимиру Владимировичу Молчанову, сотруднику ИК РАН за проведении работ по ориентации выращенных монокристаллов; Вадиму Вениаминовичу Кийко, зав. лабораторией оптических резонаторов, за огромную помощь в организации, проведении спектрально-люминесцентных исследований и ценные советы; Виктору Викторовичу Аполлонову, зав. отделом «Мощных лазеров», за ценные советы и консультации, а также коллективу отдела «Мощные лазеры» Института общей физики им. A.M. Прохорова РАН.

Работа выполнена при поддержке гранта Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) № 07-02-01157-а.

115

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Пушкарь, Александр Александрович, 2010 год

1. Аполлонов, B.B. Материалы для лазеров коротковолновых диапазонов спектра / В.В. Аполлонов, Т.В. Уварова, С.П. Чернов // Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. — 1999: — N 2. С. 33.

2. Huber, G; Semiconductor-laser-pumped high-power upconversion laser / G. Huber, E. Неитапп; S. Bar, K. Rademaker, // Applied. Physics Letter. 2006. -V.88.-P. 061108.

3. Huber, G. Semiconductor laser pumping of continuous-wtive IV' doped ZBLAN fibre laser / G. Huber, A. Richer, H; Scheife, E. Heumann e.a. // Electronics letters. -2005. -V.41.-N 14.-P. 226. ■

4. Huber, G. Avalanche up-convcrsion processes in Pi',Yb-doped materials / S. Kuck, A.Diening, G. Huber// J. of Alloys & Compounds. -2000.- 65,-P: 300.

5. Антипенко, Б.М. Новые лазерные переходы в Tm3+ ионе / Б.М. Антипенко, А.А. Мак, О.Б. Раба, К.Б. Сейронян, Т.В. Уварова Т.В. // Квантовая электроника. — 1983. — 10. N 4; - С. 889;

6. Антипенко, Б.М. Новые схемы возбуждения лазерных переходов / Антипенко, Б.М., Мак А.А., Синицын Б.В., О.Б.Раба О.Б., Уварова Т.В. // Журнал технической физики. 1982. - 3. - С. 521.

7. Osiac, Е. Spectroscopic characterization of the upconversion avalanche mechanism5 in Pr3+, Yb3+:BaY2F s / E. Osiac, S. Kuck, E. Heumann et al, // Optical Materials. 2003. - 24. - P. 537.

8. Owen J., Jarman R., Thrash R. e.a. // J. Opt. Soc. Am. 1995. - № 7.- V. 15.

9. Шахнович М.И., Сойфер Л.М. // Изв. АН СССР. Сер.физ. 1965. -Т.29. - № 3. - С. 443,

10. Смушков И.В., Сойфер Л.М., Чубенко А.И., Шахнович М.И. // Журнал прикладной спектроскопии. 1967. - Т.7. - № 1. — С. 81.

11. Серегин, А. А. УФ и видимое излучение кристалла иттрий-алюминиевого граната, активированного неодимом, при возбуждении альфа-частицами плутония-239 / В.А. Колобков, Е.А. Серегина, А.А. Серегин // Препринт № 2551, Обнинск. 1996. - 12 С,

12. Mikhailin, V.V. Luminescence of solids excited by synchrotron radiation / V.V. Mikhailin // Nuclear Instr. And Methods in Physics Research B. 1995. -V.97.-P. 530.

13. Барышников, В.И. Возбуждение люминесценции оксидных неорганических материалов мощными электронными пучками / В.И. Барышников, Т.А. Колесникова, С.В. Дорохов // Журнал Неорганической Химии.- 1998.-Т. 43.-№9.-С. 1441.

14. Семашко, В.В. Проблемы^поиска новых твердотельных активных сред ультрафиолетового и вакуумно-ультрафиолетового диапазонов спектра: роль фото динамических процессов / В.В. Семашко В.В. // ФТТ. 2005. - Т. 47. - N 5.-С. 1450.

15. Пушкарь, А.А. Ап-конвереионные ереды для лазеров УФ- и ВУФ-диапазонов на основе монокристалла BaY2F8 / А.А. Пушкарь, Т.В. Уварова // Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. — 2006.-4.-С. 34.

16. Marvin, J. Handbook of lasers, Series: Laser & Optical Science & Technology, Volume: 18. CRC Press LLC, 2001. - 1185 p.

17. Frankfurt laser company. Laser diodes. Электронный ресурс. Режим доступа: http://wwvv.frlaserco.com

18. Axcel photonics. Products. Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.axcelphotonics.com20. nLIGHT. Products. Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.nlight.net,

19. Marshall С., Speth J., Payne S. e.a. // J. Opt. Soc. Am. 1994. - V.l 1. - N. 11.-P.2054

20. Пушкарь, A.A. Разработка активной среды для лазеров УФ н ВУФ области спектра с ап-конверсионными механизмами накачки на основе моноклинного кристалла BaY2F8; магистерская диссертация / Пушкарь А.А. -М„ МИСиС, 2004.-112 с.

21. Bayramian A., Marshall С., Wu J, e.a. Се : LiSrAlFo laser performance with antisolarant pump beam // Journal of luminescence. 1996. - 69. - 2,- C. 85.

22. Tkachenko N., Garashina L., Sobolev B. e.a. // Journal of Solid State Chemistry. 1973.-№8.-P. 213.

23. Owen, J. Orientation-dependent fluorescence studies and spectroscopic analysis of doped barium yttrium fluoride upconversion laser crystals (BaY2.x. yYbxTmyF8) / J. Owen, A. Cheetham, R. McFarlane // J. Opt. Soc. Am. 1998. - № 2.-V.15.-P. 684.

24. Антипенко Б.М. Многоуровнивые функциональные схемы кристаллических лазеров / А.А. Каминский, Б.М Антипенко. М.: Паука, 1989.-261 с.

25. Joubert, M-F. Photon avalanche upeonveraion in rare earth laser materials / M-F Joubert // Optical Materials. 1999. - 11. - С. 181.

26. Jacquier, B. Spectroscopic Properties of rare earths in optical materials / L. Guokui, B. Jacquier. Tsinghua University Press and Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2005. - 550 p.

27. Joubert, M.F. Fluoride crystals and high lying excited states of rare earth ions / M.F.Joubert, Y.Guyot, B.Jacquier et. al. // Journal of Fluorine Chemistry. -2001, 107, P. 235.

28. Блистанов A.A. Кристаллы квантовой и нелинейной оптики, учебное пособие для вузов М.: МИСиС, 2000. - 431 с.

29. Chivian J.S., Case W.E., EdenD.D. // Appl.Phys.Lett.-1979.~35-P. 124.

30. ICueny A.W., Case W.E., Koch M.E. // J. Opt. Soc. Am. B. -1989. -6. -P. 639.

31. Case W.E., ICoch M.E., Kueny A.W. // J.Lumin. 1990. - 45. - P. 351.

32. Joubert M-F., Guy S., Jacquier B. //Phys.Rev.B 48. 1993. - P. 10031.

33. Joubert M-F., Guy S., Jacquier В., Linares C. // Opt.Mat. ~ 1994. 4. -P. 43.

34. Brenier A., Courrol L.S., Pedrini C., Madej C., Boulon G. // Opt.Mat. -1994.-3.-P. 25.

35. BouffardM., Jouart J.P., G.Mary // J.Physique. 1996,-6,-P. 691.

36. Guy S. // Thesis. University of Lyon. France. 1995,

37. Guy S., Joubert M-F., Jacquier B. // Phys.Rev.B. 1997. - 55, - P. 8420.

38. Guy S., Joubert M-F., Jacquier B.// Phys.Stat.Sol.B. 1994. - 183. - К 33.

39. McFarlane, R.A. Upconversion laser in BaY2F8:Er 5% pumped by ground-state and excited-state absorption / R.A.McFarlane // J.Opt.Soc.Am., B. 1994. V. 11. -№ 5. - P. 871.

40. Huber, G. Green upconversion continuous wave Ег"51": LiYF.i laser at room temperature / E. Heumann, T. Danger, T. Schweizer, G. Huber, e.a. // Appl. Phys. Let. 1994. - V. 65. - 4. - P. 384.

41. Auzel, F. // J. Lumin. 1984. - 31/32, P. 759.

42. Maciel, G.S. Infrared-to-visible CW frequency upconversion in Er3+ doped fluoroindate glasses / C.B.de Araujo, L.S.Menezes, e.a. // Appl. Phys.Lett. - 1996. -V.68.-N5.-P. 602.

43. Xie, P. Visible cooperative upconversion laser in Er:LiYF,( / P.Xie, S.C.Rand // Opt.Lett. 1992. V.17. - N.17. - P.l 198.

44. Auzel F. // C.rend Acad. Sci. B. 1966. - V. 262. - P. 1016.

45. Mita, Y. Energy transfer process in Er3+ and Yb3+ doped infrared upconversion materials / Y.Mita, H.Yamamoto, K.Katayanagi, S.Shionoya // J.Appi.Phys. - 1995. - V.78. -N 2. -P.1219.

46. Mita Y., Hirama 1С., Ando N., Yamamoto H„ Shionoya S. // J.Appi.Phys. -1993.-74.-P. 4703.

47. Mita Y. // JvAppl.Phys. 1972. - 43. - P. 1772.

48. Hebert, T. Blue continuously pumped upconversion lasing in Tm:YLiF4 / T.Hebert, R.Wannemacher, R.M.Macfarlane, W.Lenth // Appl.Phys.Lett. 1992. -V.60. -N.21. - P. 2592.

49. Guy, S. Photon avalanche upconversion in various Tm3+ -doped materials / S.Guy, M.F.Joubert, B.Jacquier // Journal of Alloys and Compounds. 1998. - 275-277.-P.186.

50. Антипенко Б.М., Веронин СЛ., Привалова Т.А. // Оптика и спектроскопия. 1980. - Т.68. - № 2.

51. Osiac Е., Sokolska I., Kuck S. // Journal of Alloys and Compouds. 2001. -V.323-324. -P. 283.

52. Hikida A., Yanagita H, Toratani H. // J.Opt.Soc.Am. В. ~ 199':.- V.l 1, N 5. -P.928.

53. Kuck S., Sokolska I. // Chem. Phys. Lett. 2000. - V.325. - P.2S7.

54. Joubert M.F. Efficient 4f3(4F3/2)->4f25d excited-state absorption in Nd3+ doped fluoride crystals / Y.Guyot, S.Guy, M.F.Joubert // Journal of Alloys and Compounds. 2001. - 323-324. - P. 722.

55. Ehrlich D.J., Moulton P.F., Osgood R.M. // Opt. Lett, 1979. - V. 4. N 6. -P. 184.

56. Sarukura N., Liu Z., Dubinskli M. e.a. // Appl. Phys. Lett. 1995. - 67 (5). -P. 602.

57. Malinowski M., Wnuk A., Frukacz Z., Chadeyron G., Mahiouc R., Guy S, Joubert M.F. // Journal of Alloys and Compounds. 2001. - V. 323-324. - P. 731.

58. Joubert, M.F. Potentiality of Pr3+ and Pr3+,Ce3+-doped crystals for tunable UV upconversion lasers / M.F. Joubert, A.M. Tkachuk, Y.Guyot and e.a. // Optical Materials.-2003.-22.-P. 139.

59. Xie, P. Room-temperature'upconversion fiber laser tunable in red, orange, green and glue spectral regions / P. Xie, T.R.Gosnell. // Opt.Lett. 1995. - V.20. -N 9. -P.1014.

60. Heumann, E. Orange and red upconversion laser pumped by an avalanche mechanism in Pr3+, Yb3+:BaY2F 8 / E. Heumann, G. Huber and e.a. // Applied physics letters. 2003. - V. 82. - P. 3832.

61. Иванова, О.Н. Выеокоэнергетичеекие состояния трехкратных ионов редких земель в широкозонных кристаллах: диссертация к. ф.-м. н. / Иванова О.Н. -М., МГУ им. М.В. Ломоносова, 1985.

62. DeLoach, L.D. Evaluation of Absorption and Emission Properties of Yb3+ Doped Crystals for Laser Application / L.D, DeLoach, S.A. Payne e.a. // IEEE Journal of Quantium Electronics. 1993. -V.29. -N 4. - P. 1179.

63. Huber G. Advances in up-conversion lasers based on Er3+ and Pr3h / G.Huber, E.I-Icumann e.a. // Optical Materials. 2004. ~ 26. - P. 365.

64. Арсспьев, Г1.А. Элементы квантовой электроники. Процессы передачи энергии между ионами в активированных лазерных кристаллах. Учебное пособие / Е.Ф. Кустов, П.А. Арсеньев. М.: МЭИ., 1968.

65. Fedorov P.P., Sobolev В.Р. e.a. // Solid State Ionics .-199£. N 106. -P.301.

66. Каминский, A.A. Ромбический криеталл BaLu2Fs ~ новая матрица для лазерных ионов трехвалентных лантаноидов / А.А. Каминский, А.В. Буташин // Доклады Академии наук. 1996. - Т. 351. - № 4. - С. 489.

67. Соболев, Б.П. Диаграмма состояния системы BaF2-YF3 / Н.Л. Ткаченко, М. Швантнер, Б.П. Соболев Б.П. // Неорганические материалы. 1977. - Т. 3. -№ 5. - С. 847.

68. Owen, J.J. Modified Bridgman growth of oriented Er-doped and Tm-doped BaY2.xYbxF8 crystals for upconversion visible laser operation / J. J. Owen, A. K.

69. Cheetham, N. A. Nighman, R. H. Jarman, and R. J. Thrash // J. Opt. Soc. Am. В 11.- 1994.-P.919.

70. Багдасаров, X.C. Выращивание диэлектрических лазерных кристаллов / П. А. Арсеньев, X. С. Багдасаров, X. М. Курбанов, В. В. Фенин. -Монография. : API ТаджССР, Физ.-техн. ин-т им. С. У. Умарова, 1986.

71. Уварова, T.B. Разработка технологии выращивания монокристаллов BaR2F8 методом вертикальной направленной кристаллизации / Т.В. Уварова, А.А. Пушкарь, В.Н.Молчанов // Изв. вузов. Материалы электронной техники.-2004.-№4.-С. 34.

72. Уварова Т.В., Станишевский Г.Я., Севостьянов Б.К. и др, Авторское свидетельство № 1610941, СССР, 1990.

73. Уварова, Т.В. Фториды щелочноземельных элементов (обзор литературы) / Т.В.Уварова, Б.В. Синнцин. -М.: Отдел НТИ, 1973. 34 с.

74. Архангельская, В. А. Примесное поглощение кристаллов щелочноземельных фторидов в вакуумной ультрафиолетовой области спектра / В.А. Архангельская, В.М. Рейтеров, JI.M. Трофимова // Журнал прикладной спектроскопии. 1980.-Т.32.-№ 1.-С. 103.

75. Шаскольская, М.П. Кристаллография / М.И: Шаскольская. М: Высшая школа. 1976. - 375 с.

76. Свойства элементов: Справ, изд. в 2-х кн. Книга 1 / Под ред. Дрпца М. Е. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Металлургия, ГУП «Журнал цветные металлы», 1997. - 432 с.

77. Изотова О.Е., Александров В.Б. Доклады Академии Наук СССР. -1970.- 192.-С. 1037.

78. Пушкарь, АЛ. Монокристаллы^ BaY2F8 легированные редкоземельными ионами, как перспективные ап-конверсионные среды для лазеров УФ и ВУФ диапазонов спектра / А.А. Пушкарь, Т.В. Уварова, В.Н. Молчанов // Квантовая электроника. 2008. - 38. -N 4. - С. 333.

79. Uvarova, T.V. Investigation of absorption of Ce3+, Prf and Yb3+ in single crystals of BaR2F8 / V.V. Kyilco, A.A. Pushkar, T.V. Uvarova, A. Egorov // Phys. Status Solidi С 6, N SI, S195-197 DOI 10.1002, pssc.200881358, 2009

80. Свойства элементов: Справ, изд. в 2-х кн. Книга 2 / Под ред. Дрица М. Е. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Металлургия, ГУП «Журнал цветные металлы», 1997.-448 с.

81. Dieke, G.H. Spectra and energy levels of rare earth ions in crystals / G.PI.Dielce// Interscience Publishers, New York, Wiley, 1968.

82. SANYO. Products&Solutions. Электронный ресурс. Режим доступа: http://sanyo.com

83. LASER COMPONENTS. Products. Электронный ресурс., Режим доступа: http://www.lasercomponents.com

84. SHARP. Optoelectronics. Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.sharpsme.com