Исследование спектрально-люминесцентных свойств новых лазерных сред на основе кристаллов двойных боратов

Abstract

Объектом исследования являются кристаллы двойных боратов Ca3Y2(BO3)4 и Ca3Gd2(BO3)4, соактивированные ионами Er3+ и Yb3+. Цель НИР – исследование спектально-люминесцентных свойств кристаллов двойных боратов Ca3Y2(BO3)4 и Ca3Gd2(BO3)4, соактивированных ионами Er3+ и Yb3+, и генерационных характеристик созданных на их основе диодно-накачиваемых лазеров. В результате исследования были изучены спектрально-люминесцентные свойства кристаллов Ca3Y2(BO3)4 и Ca3Gd2(BO3)4, соактивированных ионами Er и Yb. Определены спектры поперечных сечений поглощения в спектральных областях 800-1100 нм и 1400-1650 нм в поляризованном свете. Зарегистрированы спектры люминесценции кристаллов Er,Yb:Ca3Y2(BO3)4 и Er,Yb:Ca3Gd2(BO3)4 в спектральной области 1400-1700 нм в поляризованном свете при комнатной температуре. Рассчитаны спектры поперечных сечений стимулированного испускания в спектральной области 1400-1650 нм. Проведено измерение кинетик затухания люминесценции с уровня 4I13/2 ионов эрбия, установлен моноэкспоненциальный характер затухания и определено время жизни этого уровня. Проведена оценка времени жизни уровня 4I11/2 ионов эрбия в кристаллах Ca3Y2(BO3)4 и Ca3Gd2(BO3)4, соактивированном только ионами эр-бия. По сокращению времени жизни уровня 2F5/2 ионов иттербия определена эффективность переноса энергии от ионов иттербия на ионы эрбия в кристаллах Ca3Y2(BO3)4 и Ca3Gd2(BO3)4. На основе спектроскопических характеристик кристаллов Er,Yb:Ca3Y2(BO3)4 и Er,Yb:Ca3Gd2(BO3)4 выполнен расчет параметров лазеров. Определены требования к источнику накачки (лазерному диоду) и системе фокусировки. Рассчитаны оптимальные значения толщины активного элемента, параметров фокусировки излучения накачки и моды резонатора и коэффициента пропускания выходного зеркала. Подготовлен экспериментальный стенд для проведения лазерных экспериментов. При использовании кристаллов Er,Yb:Ca3Y2(BO3)4 и Er,Yb:Ca3Gd2(BO3)4 в качестве активных сред лазеров реализован квазинепрерывный режим генерации. Получена максимальная пиковая выходная мощность 330 мВт на длине волны 1530 нм при дифференциальной эффективности по поглощенной мощности накачки 11%. Показана перспективность использования кристаллов двойных боратов Er,Yb:Ca3Re2(BO3)4 (Re=Y, Gd) для лазеров с импульсно-периодической накачкой, излучающих в спектральном диапазоне 1.5-1.6 мкм.