CC BY
24
помер 2, 2004 г-
Краткие сообщения по физике ФИ АН
УДК 621.373.826
ЛАЗЕР НА КРИСТАЛЛЕ Ее^пЗе, ВЫРАЩЕННОМ
ИЗ ПАРОВОЙ ФАЗЫ
А. А. Воронов1, В. И. Козловский. Ю. В. Коростелин, А. И. Ландман.
Ю. П. Подмарьков, М. П. Фролов
Лазерный монокристалл ¥е:2пБе был выращен из паровой фазы методом свободного роста с использованием химического транспорта в водороде. При накачке излучением Ег :У АС -лазера с длиной волны 2.9364 мкм в кристалле Ее^пБе при температуре жидкого азота была получена генерация в спектральной области 4 мкм. Выходная энергия лазера достигала 25 мДж при дифференциальном КПД 18% по поглощенной энергии.
Перестраиваемые лазеры спектрального диапазона 2-5 мкм представляют большой интерес для решения широкого круга спектроскопических задач, поскольку в данной области лежат сильные линии поглощения многих молекул, обусловленные обертонами и составными колебаниями. Перспективными лазерными средами для указанного диапазона спектра являются кристаллы на основе халькогенидов ZnSe и др.),
легированные ионами переходных металлов (Сг, А'"г, Ре и др.) [1]. Наиболее длинновол новым в этом ряду является кристалл в котором была реализована лазерная
генерация в спектральной области 3.98 — 4.54мкм [2]. Используя кристалл, выращенный методом Бриджмена, авторы [2] получили максимальную выходную энергию 12 мкДж и дифференциальный КПД по поглощенной энергии 8.2%.
Более высокое структурное совершенство и оптическая однородность достигается в кристаллах, выращенных из паровой фазы. Благодаря этому лазерные кристаллы, выращенные таким способом с одновременным легированием, обладаю^ малыми внутренними потерями [3, 4].
1 Московский физико-технический институт.
Краткие сообщения по физике ФИАН
номер 2, 2004- г.
В настоящей работе исследуются лазерные характеристики кристалла Ре^пБе, выращенного из паровой фазы и легированного непосредственно в процессе роста. Технология выращивания близка к технологии, разработанной для выращивания монокристаллов твердых растворов соединений А2В6 [5]. Монокристалл Ре-.ХпБе. был выращен из паровой фазы методом свободного роста на монокристаллическую затравку с использованием химического транспорта в водороде. Рост проводился из раздельных источников, содержащих поликристаллические соединения и РеБе. Из выращенного образца
был вырезан лазерный элемент сечением 10 х 10 мм2 и длиной 10 мм.
Схема установки представлена на рис. 1. Лазерный элемент был установлен на хладопроводе внутри криостата, окнами которого служили плоскопараллельные пла стины из СаР2. Все эксперименты проводились при охлаждении кристалла Ре^пЬ'е до температуры жидкого азота. Резонатор Ре^пБе-лазера был образован задним золотым зеркалом М\ радиусом 3 м и плоским выходным зеркалом М2 с коэффициентом отражения 70% на длине волны 4 мкм, нанесенным на подложку из СаР2. Длина резонатора составляла 25 см. Торцы лазерного элемента и окна криостата устанавливались перпендикулярно оптической оси резонатора.
Накачка Ре^пБе-лазера осуществлялась излучением Рг: У АС- лазера, работавшем в режиме свободной генерации на длине волны 2.9364 мкм. Выходная энергия Ег:УАО-лазера составляла 400 мДж, длительность импульса была 300 мкс. Излучение накачки заводилось в кристалл Ре^пБе под небольшим углом к оптической оси резонатора. В кристалле поглощалось 51% от вошедшей в кристалл энергии накачки. Пятно накачки на входе в кристалл имело форму эллипса с осями 4.5x3 мм2. При изучении зависимости выходной энергии лазера от энергии накачки снижение уровня накачки осуществлялось с помощью набора ослабителей, в качестве которых использовались калиброванные светофильтры.
Энергия накачки и выходная энергия Ре\2пБе-лазера измерялись калориметром ИМО-2Н. Форма импульсов накачки и генерации регистрировались с помощью фотоприемника (фотосопротивление ФСГ-22), сигнал с которого поступал на запоминающий осциллограф. Длительность импульса генерации при значительном превышении порога составляла 250 мкс. Импульс состоял из нерегулярных пичков. Длин^ волны генерации измерялась с помощью дифракционного монохроматора и составила 4.03 мкм при ширине спектра генерации ~ 0.05 мкм.
На рис. 2 представлена зависимость выходной энергии Ре-^пБе-лазера от поглощенной энергии накачки. Из построенной по экспериментальным точкам прямой были
номер 2, 2004 г-
Краткие сообщения по физике ФИ АН
Монохроматор
ЕпУАв -лазер
Фотоприемник
Ослабитель
1. Схема экспериментальной установки.
100 150
ЕП0Г мДж
Калориметр
Рис.
30 25 20 15 10
Рис. 2. Зависимость выходной энергии Ге^пБе-лазера от поглощенной энергии накачки.
определены пороговое значение поглощенной энергии накачки 5.6 мДж и дифференциальный КПД лазера по поглощенной энергии 18%, что соответствует квантовой эффек тивности 25%. Максимальное значение выходной энергии составило 25 мДж.
Полученные нами выходная энергия Ре^габ'е-лазера на три порядка, а дифференциальный КПД более чем в два раза превышают значения, полученные в работе [2]. По нашему мнению, эффективность лазера может быть улучшена, если в качестве окон криостата использовать зеркала резонатора, что позволит устранить потери, связанные с наличием в резонаторе двух пластин из Са-Рг- Кроме того, к снижению потерь должна привести более качественная обработка рабочих граней самого кристалла Ре\ХпБе (на поверхностях исследуемого лазерного элемента наблюдалось значительное рассеяние излучения котировочного //е-А^е-лазера). Работу в этом направлении предполагается продолжить.
Работа выполнена при частичной финансовой поддержке Программой фундаментальных исследований РАН "Новые материалы и структуры".
Краткие сообщения по физике ФИАН
номер 2, 2004 г-
ЛИТЕРАТУРА
[1] D е Loach L. D., Р a g е R. Н., W i 1 к е G. D., et al. IEEE, J. Quantum. Electron., 32, 885 (1996).
[2] Adams J. J., В i b e a u C.,Page R. H., et al., Optics Letters, 24, 1720 (1999).
[3] P a g e R. H., S с h a f f e r s К. I., D e Loach L. D., et al. IEEE, J. Quantum Electron., 33, 609 (1977).
[4] Козловский В. И., Коростелин Ю. В., Л а н д м а н А. И. и др. Квантовая электроника, 33, 408 (2003).
[5] Korostelin Yu. V., К о z 1 о v s к у V. I., N a s i b о v A. S., et al. J. Crystal Growth, 159, 181 (1996).
Поступила в редакцию 19 декабря 2003 r.
\
