Исследование процессов передачи энергии и лазерной генерации в кристаллах гадолиний-галлиевого граната, активированных ионами иттербия и гольмия тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

На правах рукописи УДК 535 8 621 372 8 001 5

Беловолов Андрей Михайлович

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕДАЧИ ЭНЕРГИИ И ЛАЗЕРНОЙ ГЕНЕРАЦИИ В КРИСТАЛЛАХ ГАДОЛИНИЙ-ГАЛЛИЕВОГО ГРАНАТА, АКТИВИРОВАННЫХ ИОНАМИ ИТТЕРБИЯ И ГОЛЬМИЯ

Специальность 01 04 21-лазерная физика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва-2007

003069724

Работа выполнена в Научном центре волоконной оптики Российской академии наук

Научный руководитель

Тимошечкин Михаил Иванович, кандидат технических наук, ИОФ им А М Прохорова РАН

Официальные оппоненты

Воронько Юрий Козьмич, доктор физико-математических наук, ИОФ им А М Прохорова РАН

Ли Людмила Енбаровна, кандидат физико-математических наук, Институт кристаллографии им А В ШубниковаРАН

Ведущая организация Физический факультет МГУ

им М В Ломоносова, г Москва

Защита состоится « » мая 2007 г в 15 00 на заседании диссертационного совета Д 002 063 03 в Институте общей физики им А М Прохорова РАН по адресу 119991, Москва, ул Вавилова, д 38

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института общей физики им АМ Прохорова РАН

Автореферат разослан « 1Ц » апреля 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат физико-математических наук

ТБ Воляк тел 8 (499)503-8147

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы Объектом исследования диссертации являются кристаллы гадолиний - галчиевого граната аюивированные ионами УЬ3* и Но3'

Данные кристаллы перспективны для разработки твердотельных лазеров ИК и видимою диапазонов, генерирующих на переходах ионов УЬ3* и Но3* при накачке в полосу поглощения ионов УЬ3* Исследуемые кристаллы также представляют интерес с теки зрения исследования физики процессов передачи и релаксации энергии электронных ьозб) гадании ч системе активаторов УЬ3*-Но3*, поскольку в них наблюдаются процессы ступенчатой сенсибитизации переходов ионов Но3* до третьей ступени включительно Особенностями ступенчатой сенсибилизации переходов ионов Но3* являются ее обратимый характер н? второй ступени сенсибилизации, а также миграционно - ускоренный узрактьр сенсибилизации До настоящего времени данные особенности изучены слабо В этой сляш исследование процессов передачи и релаксации энергии в системе активаторов проведенное в диссертации, является необходимым условием оптимизации парэуегроь активной среды СвО УЬ3* Но1* и получения эффективной лазерной генерации

Целью работы является теоретическое и экспериментальное исследование процессов передачи энергии и связанных с ними процессов сенсибилизации стоксовой и ангистоксо-оь люминесценции в кристаллах ООО УЬ3* Но3*, а также получение и иселедовапчг характеристик непрерывной лазерной генерации на переходе *Ру2—*2р5п ионов }'о3' в кристаллах системы ССй УЪ3* Но3*

Научная новизна результатов, полученных в диссертации, заключается в о;ед>ющем

1 Разработана модель миграционно - ускоренной сенсибилизации люминесценции в системе активаторов УЬ3* и Но3*, учитывающая двухступенчатые процессы передачи энергии от возбужденных ионов УЬ3' ионам Яо3т, обратимый характер перенос! энергии с донора на акцептор на второй ступени последовательной сенсибилизрции ч конечную величину скорости внутрицентровой релаксации энергии состояний акгиваюров

2 Теоретически предсказаны и экспериментально набшоцались в кристатгк ййС УЬ3* Но3* особенности кинетик доноров и акцепторов, связанные с накоплением акцепторов в долгоживущем состоянии и влиянием процессов двухступенчатой сенсибилизации Разработан мегод определения количественных характеристик донор - акцепторного переноса энергии на второй ступени последовательной сенсибилизации переходов 5Г5->5Ь и 582,5р4->51% ионов Но3", основанный на аяаллзе

особенностей кинетик люминесценции доноров и акцепторов, проявляющихся при накоплении акцепторов в долгоживущеч состоянии 5Ij

3 Количественно исследованы процессы донор - донорного и донор - акцепторного переноса энергии в кристаллах GGG Yb3* Но3+ и определены значения концентраций активаторов и условия возбуждения, оптимальные для получения лазерной генерации на ионах Yb3* и Но3 f при оптической накачке

4 В кристаллах GGG Yb3* при комнатной температуре получена и исследована непрерывная пространственно одномодовая лазерная генерация на ионах Yb3* на длинах волн 1,038 мкм и 1,030 мкм

Научная и практическая значимость диссертационной работы заключается в том, что разработанные в данной работе теоретические и экспериментальные подходы и методы исстедования процессов последовательной сенсибилизации могут быть использованы для поиска и оптимизации новых лазерных материалов с ионами Yb3* в качестве рабочего иона или сенсибилизатора, а также для оптимизации активных сред GGG Yb и GGG Yb3* Но3*

Защищаемые положения

1 Модель миграционно - ускоренной сенсибилизации люминесценции ионов Но3* в кристаллах GGG Yb3* Но3*

2 Метод определения количественных характеристик донор - акцепторного переноса энергии на второй ступени последовательной сенсибилизации переходов 5S2,5F4~>3Is и 5F5->5h ионов Но3*

3 Результаты количественного исследования процессов донор - донорного и донор -акцепторного переноса энергии в кристаллах GGG Yb3* Но3*

4 Определение значений концентрации активаторов в кристаллах GGG Yb3* Но3* и условий возбуждения, оптимальных для получения лазерной генерации на переходах ионов Но3* при оптической накачке на переходе 2Fj/2—^2Fj/2 ионов Yb3*

5 Получение и исследование характеристик непрерывной лазерной генерации на переходе 2Fj/2^2Fy2 ионов Yb3* в кристаллах GGG Yb3*

Публикации и апробация работы Материалы, вошедшие в диссертационную работу, отражены в 12 публикациях и докладывались на Европейской Конференции по Лазерам и Электронной Оптике (CLEO/Euiope'96, Hamburg, Germany, 1996), на 2-й Международной конференции по перестраиваемой диодной лазерной спектроскопии (TDLS-

98 Мосъ-ва, 1998), на семинарах Научного центра волоконной оптики РАН и Института кристаллография РАН

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения пяти глав и заключения Общий объем диссертации составляет 198 страниц, включая 65 рисунков, 4 таблицы и список литературы из 77 наименовании

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы диссертационной работы Сформулирована цель работы, ее новизна и практическая ценность полученных ре)ультатов, приведены положения, которые выносятся на защиту Кратко изложено содержание каждой из гчав диссертации

Псрвак глава диссертации содержит обзор публикации, посвященик^ проблеме антистоксового преобразования энергии электронных возбуждении в кристаллах и стгкчах, активированных редкоземельными ионами, а также проблеме получения стимулррочанлогс изчучения в лазерных материалах, активированных либо одними ионами Ybu, либо ион пи Yb3* в качестве сенсибилизаторов генерационных переходов других редкоземельных иоиоь (ь частности, Ни3*) Рассмотрены основные физические механизмы возбуждения антистоксовой тюминесценции и простые математические модели данных механизмов, часто используемые для интерпретации экспериментальных результатов Дан обзор отдичитечьных признаков и методов экспериментальной идентификации механизмов возбуждения аьтиаоьсов'1,1 люминесценции Особое внимание уделено анализу публикаций, посвященные экспериментальному исследованию кинетик люминесценции доноров и акцепторов в лазерных кристаллах и стеклах, активированных ионами Yb3' и Но3* Для далгой системы активаторов установлены процессы и режимы передачи и релаксации энерп и, которые необходимо учитывать при разработке модели сенсибилизации переходов ионов I'o1* В первой главе также кратко представлены данные о структуре, свойствах и параметра^ крис галлов GGG

Во второй главе разработана модель миграционно - ускоренной сенсибилизации люминесценции в системе активаторов Yb3* и Но3*, позволяющая рассчитать кинетики люминесценции доноров и акцепторов при оптическом возбуждении доноров

В § 1 анализируются основные особенности процессов передачи энергии в системе активаторов Yb3* и Но3*, требующие учета в разрабатываемой модели

5^Г4 Р5Да

2,9 мкм ^ 1,1-1,22 «п;м

5*7 Р2.ТА2

Рис 1 Процессы передачи и речаксациы энергии, учитываемые в модели прыжковой сенсибилизации ионов Но3' в кристаллах и стеклах, активированных ионами УЪ3+ и По1

В § 2 определяются основные процессы передачи и релаксации энергии, учитываемые в модели (см рис 1), а также выводятся кинетические уравнения для насеченчостей уровней ионов УЬ3+ и Но31 при оптическом возбуждении ионов УЬи миграционно - ускоренном характере донор - акцепторной передачи энергии Система кинетических уравнений модели получена методом усреднения кинетических уравнений для пары донор-акцептор по распределению расстоянии между ними В модели рассмотрены два практически важных случая случай активированной кристаллической решетки и случай активированной непрерывной среды, в котором активаторы могут находиться на любом расстоянии дру1 от друга, превышающем минимальное расстояние гтш

В § 3 выводятся кинетические уравнения для статического режима передачи энергии и передачи энергии при прыжковом механизме миграции

В § 4 уравнения прыжковой модели и случая возбуждения доноров коротким оптическим импульсом решаются методом последовательных приближений В качестве первого приближения рассмотрен предел слабой последовательной сенсибилизации, в котором тушение люминесценции доноров определяется процессом передачи энергии на невозбужденный акцептор, а влиянием двухступенчатых процессов передачи энергии на тушение доноров можно пренебречь Для случая активированной непрерывной среды получена кинетика люминесценции доноров, совпадающая с данными работ [1,2] При мультипольном механизме донор-донорного и донор-акцепторного переноса энергии для кинетики люминесценции доноров в активированной кристаллической решетке получено

выражение для Щ - интенсивности люминесценции доноров в момент времени I ((=0 соответствует моменту окончания короткого оптического импульса)

/(<) = /(О) ехр

* п к

Сап!гк

С гт

[1 - ехр[- (СШ1 /г™ +г0-')/1

где

-1т

+ Го/Г,

о = ]ехр - ^ 2 [1 - ехр(- 2 Сво //г/

Л,

(1)

(2)

(3)

(4)

Г„' - скорость внутрицентровой релаксации возбужденного состояния донора, дг и V -соответственно концентрации доноров и акцепторов, нормированные на концентрацию учюг решетки, г* - расстояние между донором (находящимся в начале координат) и акцептором (суммирование по А ведется по всем узлам решетки), - стационарная скоробь миграционно - ускоренного переноса энергии на первой ступени сенсибилизации, Сцц и т микропараме1р и мультиполыюсть донор - акцепторного переноса энергии на первой отуиен,' сенсибилизации, Сро и 5 - микропараметр и мультипольность донор - донорного переноса энергии, т0 - среднее время между прыжками возбуждения с донора на донор Выраженгя (1) - (4) позволяют по экспериментальным кинетикам доноров наблюдаемым в предете слабой последовательной сенсибилизации, определить параметры донор - донорного переноса энергии (Сед и я), а также параметры первой ступени донор - акцепторного переноса энергии {Соль т)

Получены также выражения для кинетики сенсибилизированной люминесценции га каждом из переходов 51б—>51з, и 582,5Р4->51з ионов Но3* Данные кинетики

имеют импульсный вид, при этом амплитуды кинетик на переходах прямо

пропорциональны Щ Амплитуды кинетик на переходах './^-Лл и 5 82^4ионой Но' прямо пропорционачьны Щ Щ и Щ Щ соответственно, где 1У2 и П\ - стационарные скорости переноса энергии на акцепторы, находящиеся в состояниях и 5/б

Г,

(Г,

у ГмМ

у ГыМ VI+1У„4г1)та

(5)

(6)

где Н'ва,(г) - скорость переноса энергии с возбужденного донора на акцептор, находящийся в состоянии I, причем /=1 соответствует основному состоянию акцептора, 1=2 - состоянию 517 акцептора и 1=3 - состоянию 51б акцептора (см рис 1), /• — расстояние между донором и акцептором

^ «.(»■) = %■, '=1-3, (7)

г

где Сда, - микропараметр донор-акцепторного переноса энергии на акцептор, находящийся в г-оч состоянии

Второе приближение модели учитывает в качестве малого возмущения накопление акцепторов в состояниях 51б и 51г, а также влияние процессов последовательной сенсибилизации переходов 582,5Р4~>51з и ионов Но3* на кинетику люминесценции

доноров Показано, что кинетика люминесценции доноров во втором приближении модели имеет вид

/(<) я /(о) ехр

(8)

где

0(0 Иг,, и0 <-

т п,

- {гп (щ' -щ)-п № -т))

1-ехр|-у-

г;, _ ~у (ГЛ № - Щ)-ТЪ {Щ - Ъ) )[1 - ехр[- , О) Г/ =-Ъ-, Г/ = —-, (10)

Тл{', Таз'1, Та/' и ТА - скорости внутрицентровой релаксации состояний 5Ь,51б, ^и 582,5Р4 ионов Но3* соответственно, По - доля возбужденных доноров непосредственно после окончания импульса возбуждения, - полная скорость внутрицентровой релаксации из состояния 5/0 в состояние пионов Но3*,

к к

- скорости обратного переноса энергии от акцепторов, находящихся в состояниях ^ и соответственно,

= /=4,5, (12)

где Слв] - микропараметр обратного переноса энергии с акцептора, находящегося в }-ом состоянии (/-4 соответствует состоянию ^ ионов Но'л, а у=5 - состоянию норов

Но3*) В выражении (9) (г—2,3) имеют физический смысл эффективных скоростей передачи энергии на второй стадии ступенчато" сечсбит'зацчи уровней sFi и По1*,

т е скоростей передачи энергии, определенных с учетом обратимого характера передачи

Выражение (9) получено с учетом соотношения ТА2 >>ТВ,ТА}, имеющего место дия системы активаторов ¥Ь3*-Но3* [3] На временах, меньших Тв и Тлг кинетика (8) с хорошей точностью описывается выражением (1), причем при 2х„<1 «Ти,ТАЪ имеется экспоненциальный участок кинетики со скоростью тушения IV, При Т0,ТАг «*«ТА2 кинетика (8) имеет вид

п<2,(') = «оехр[-^ 1-&], (13)

где

Щ, = тв<' + ± Щ \У,2 (г/ -иг,)твтл,»„ (14)

А «яр; -[щ1№ -тг^то+т^г,, тА 3«„ (15)

Из выражений (13) -(15) следует, что по параметрам и А кинетики доноров,

экспериментально измеренным на стадии Т„,Тлг «? «ТА2, возможно определение эффективных скоростей и , характеризующих вторую ступень сенсибилизации

X Щ П\2 Гв ТА з и0

+ А ^ (Р)

"1 1В 1"о х

При этом должна определяться по начальной стационарной стадии кинетики доноров при <<7^,7^3, а Пц может быть определена из измерений геометрических параметров обласш возбуждения и величины оптических потерь возбуждающего излучения в исследуемо >< образце

Скорость и микропараметр С^ги обратного переноса энергии могут бытг определены из кинетики затухания люминесценции акцепторов на переходе наблюдаемой при прямом оптическом возбуждении состояния 582,^4 акцепторов По определенным значениям РГАВ5 и Щ' из (10) определяется Щ Далее, из (6) и (7) можно определить микропараметр СВАЗ, характеризующий прямой перенос энергии на второй

стадии ступенчатой сенсибилизации перехода ионов Но3* Таким образом,

разработанная в § 4 модель прыжковой сенсибилизации позволяет определить все параметры прямого и обратного переноса энергии на первой и второй ступенях сенсибилизации перехода ионов Но3*

Для иллюстрации разработанной модели в § 5 выполнен расчет кинетик люминесценции доноров и акцепторов дчя типичных значении вероятностей внутрицентровых переходов ионов УЪ3*, Но3* и характерных значений скоростей переноса энергии На основе данного расчета обсуждаются методы и условия экспериментального определения параметров донор - донорного и донор - акцепторного переноса энергии в активных средах, активированных иолами УЪ3* и Но3*

Тпетья глава диссертации содержит описание экспериментальной установки, испопьзовавшейся для исследования спектральных характеристик и кинетик люминесценции доноров и акцепторов в кристаллах Сйй УЪ3* Но3*

В § 1 определены концентрации активаторов в исследуемых кристаллах В § 2 дано описание экспериментальной установки для исследования спектральных и кинетических характеристик кристаллов Обб УЬ3* Но3*, а также изложены экспериментальные методики, включая методику определения доли возбужденных доноров после окончания возбуждающего импульса

В четвертой главе представлены результаты экспериментального исследования спектральных характеристик и кинетик люминесценции ионов УЪ3* и Но3* в кристаллах Овв УЬ3* Но3*

В § 1 приводятся спектры поглощения и люминесценции доноров, а также спектры сенсибилизированной люминесценции на различных переходах акцепторов Построена схема штарковского расщепления термов ионов УЬ3* в кристаллах Определены постоянные

времени внутрицентрового распада возбужденных состояний ионов УЬ3* и Но3* в исследуемых кристаллах

В § 2 экспериментапьно исследованы кинетики люминесценции доноров и акцепторов, наблюдаемые в исследуемых кристаллах при оптическом возбуждении доноров Количественный анализ кинетик выполнен на основе модели, разработанной в главе II В кинетиках люминесценции доноров экспериментально наблюдались особенности, предсказываемые выражением (8) (см рис 2) На рис 2 представлены кинетики люминесценции ионов УЬ3+, наблюдавшиеся при различном уровне начального возбуждения доноров в образце вйО УЪ3* Но3* с 0,3 ат % Но3*, 20 ат % УЪ3* (температура образца 300 К) С точки зрения результатов главы II (см (8), (9), (13) и (14)), качественная интерпретация кинетик доноров, представленных на рис 2, заключается в следующем

На начальной стадии кинетики люминесценции доноров, соответствующие различным по, совпадают Это свидетельствует о том, что скорость затухания люминесценции доноров на начальной стадии кинетики ¡ге зависит от начального уровня возбуждения донорной подсистемы и чистенно равна стационарной скорости затухания Щ Это понятно, поскольку на начальной стадии данных кинетик доля возбужденных акцепторов пренебрежимо мала

мс

Рис 2 Кинетики затухания люминесценции доноров (ионов УЬ1*) в кристатах ССгО УЬ"* По' (0,3 ат %Но1\20ат %УЪ3') при различном начачьном уровне возбужд°ии' до юрсе г о (температура 300 К, п1>П2>п3)

Скорость затухания люминесценции доноров на конечной стадии ытетик представленных на рис 2, напротив, существенно зависит от начального уровня возбусденич донорнои подсистемы по (см (14)) ^к тем меньше, чем бодьше уровень тчаль юпэ возбуждения доноров Это означает, что эффективная скорость переноса энеиии с возбужденного иона УЬ3* на ион Но3*, находящийся в возбужденной состоянии ~17, меиьле, чем скорость стационарного донор - акцепторного переноса энергии на первое стадии сенсибилизации Поэтому акцепторы, находящиеся в возбужденном состоянии \'еьее эффективно тушат возбуждения доноров, чем акцепторы в основном состояние Поскольку время жизни состояния 317 ионов Но3'(7^=8,6-8,8 мс) много болььне рременп жизни возбужденных доноров (7^=66 мке), то на конечной стадии кинетики доноров имеет место определенное соотношение концентраций ионов Но3* в основном и дочго/ливущем ('/7) состояниях На конечной стадии кинетики люминесценции доноров концентрация возбужденных доноров становится много меньше концентрации ионов Но3* и указанное

соотношение концентрацией ионов Но3* далее существенно не меняется Поэтому скорость тушения доноров на конечной стадии кинетики доноров зависит от соотношения концентраций ионов Но3* в основном и долгоживущем состояниях, а также скоростей переноса энергии с возбужденного донора на возбужденный (в состоянии 5Ь) и невозбужденный акцептор Следует подчеркнуть, что соотношение концентраций ионов Но3* в основном и долгоживущем состояниях на конечной стадии распада доноров зависит также от того, какая доля донорных возбуждений погибнет из-за процесса ступенчатой сенсибилизации перехода ионов Но , идущего через тот же промежуточный

уровень 316, через который заселяется долгоживущее состояние 317 В силу этого кинетики люминесценции доноров позволяют определить эффективную скорость переноса энергии с возбужденного иона УЬ3* па ион Но3*, находящийся в возбужденном состоянии5и (см (17))

Количественный анализ кинетик люминесценции доноров и акцепторов, проведенный с помощью модели, изложенной в главе II, позволил установить следующее

- Механизм донор - акцепторного переноса энер1 ии в кристачлах

СОй УЬ3' Но3*

является диполь - дипольным

- Механизм донор-донорного переноса энергии в кристаллах вйО УЬ3* Но3 является квадруполь-квадрупольным, с микропарачетром Ст, численно равным См>=3,5 10"67 см1С/с при температуре 300 К и С/>о= 1,8 10"66 см'°/с при температуре 77 К

- Перенос энергии с возбужденного иона УЬ3* на невозбужденныи ион Но3* носит нерезонансный необратимый характер и происходит с переходом иона Но3* в состояние 5Тб Микроцараметр указанного процесса переноса энергии равен 1,1 10 38 см6/е при температуре 300 К и Соа/=8,8 ¡О"39 см6/с при температуре 77 К

Перенос энергии с возбужденного иона УЪ3' на возбужденный ион Но3*, находящийся в состоянии 5и, носит обратимый характер и происходит с переходом иона Но3* в состояние Микропараметр переноса энергии с возбужденного иона УЪ3* на возбужденный ион Но3*, находящийся в состоянии 51$, равен Сй4з=2Д 1038см6/с при температуре 300 К и 0,^2,4 1 0 38 см6/с

при температуре 77 К Микропараметр обратного переноса энергии (с иона Но3' в состоянии ^//^на невозбужденный ион УЬ3*) составляет 10^°смб/с

при температуре 300 К и 04^5=1,4 Ш"40 см6/с при температуре 77 К

Следует отметить, что при аппроксимации экспериментальных кинетик люминесценции доноров и акцепторов теоретическими зависимостями, полученными в 1лаве II, набподалось хорошее совпадение теоретических кривых и экспериментальных кинетик (см рис 3 и рис 4) Хорошее соответствие теоретических и экспериментальных зависимостей подтверждает схему процессов сенсибилизации и релаксации энергии в кристаллах (36(7 УЪ3* Но3*, предложенную в главе II

Хорошее соответствие кинетик сенсибилизированнои люминесценции расчетным зависимостям подтверждает, что заселение уровня ионов Но3* осуществляется именно

путем последовательной сенсибилизации через промежуточное состояние 51в

К01тал

Рис 3 Кинетика сенсибилизированной люминесцетщи па переводе ионов Но1 в

кристаллах ССй УЬ3* Но3 (0 1 ат % Но3*, 10 ат % УЬ3*, температура образца 300 К точки -экспериментальная кинетика, сплошная кривая — теоретическая зависимость из гчавы II)

I (I) / I

Рис 4 Кинетики сенсибилизированной люминесценции на переходах ионов Нов киистапах Сйй УЬ3* Но3 с 0 1 ат % Но3*, Юат % УЬ3* при температуре 300 К, (¡-переход 2 - переход V/« 3 - переход

В § 3 дана оценка перспективности исследуемых кристаллов с точки зрения получения лазерной генерации на переходах ионов Но3* при накачке в полосу поглощения ионов УЬ3* На рис 5 представлены зависимости №3' от концентрации ионов УЬ3*, рассчитанные по

Рис 5 Зависимость эффективной скорости переноса энергии на второй ступени сенсибилизации перехода ^ ионов Но3* от концентрации доноров в кристаллах Сйй УЬ Но3* (дчя

концентрации ионов Но3 * 0 1 ат % )

формуле (6) для измеренных параметров прямого и обратного переноса энергии

При увеличении концентрации ионов УЬ3* (доноров), с одной стороны, возрастает скорость миграции, а с другой - увеличивается скорость обратного переноса энергии с >ровня 5^2,5Р4 ионов Но3*, что объясняет наличие максимума на зависимостях рис 5 Концентрации ионов УЬ3*, соответствующие максимумам зависимостей, представленных на рис 5, являются оптимальными для получения генерации на сенсибилизированном переходе ионов Но3* На основе анализа экспериментальных данных, полученных в § 3, показано, что оптимальным выбором концентрации доноров и акцепторов в кристаллах ОвО П3* Но3* можно добиться значении эффективной скорости передачи энергии на второй стадии сенсибилизации перехода превосходящих скорость релаксации

промежуточного уровня 5и

Исходя из изложенного, сделан вывод, что исследуемые кристаллы йОй УЬ3* Но3* могут быть перспективны с точки зрения получения лазерной генерации в зеленой области спектра на переходе ^/Т^ —¡?1в ионов Но3*, при накачке в полосу поглощения на переходе 2Рл2~>2Рц2 ионов УЬ3* Оценка оптимальных концентраций доноров и акцепторов дтя

генерации на сенсибилизированном перехоле дает 30-50 ат % Yb3', 0,3-0,5 ат %

Но3* при температуре 300 К и 20-35 ат % Yb3*, 0,3-0,5 ат % Но3* при температуре 77 К Показано, что для получения лазерной генерации на гереходе 5S2,sF4~*5k ионов Но3* целесообразен импульсный режим накачки на переходе 2Гт2-^Рц2 ионов При этом длительность импульса накачки не должна превышать 0,7-0,8 мс, а период повторения импульсов накачки должен быть не менее 30 мс, чтобы избежать накопленит ионов Но3* р долгоживущем состоянии s/7

С точки зрения получения лазерной генерации на переходе 5Ij->5I/s ионов Но3* процесс ступенчатой сенсибилизации перехода

ионов Но * играет негативную рои. Да? получения генерации на данном переходе целесообразно использовать кристаллу GGG Yb3* Но3*

с концентрацией Но на уровне 2-5 ат %, чтобы обеспечить эффективное кросс - релаксационное тушение состояния }S2,5F4 [4,5] Расчет зависимости Щ от концентрации доноров показал, что для генерации на данном переходе концентр щия Yh3~ должна превосходить величину 50 ат % при температуре 300 К у величину 30 ат % при температуре 77 К Следует также отметить, что в исследуемых кристаллах процесс ступенчатой сенсибилизации перехода 5Fi~*5Jg ионов Но3* является слабым и не приводит i существенному тушению промежуточного состояния 51; ионов Но3*

В пятой главе представлены результаты исследований лазерной генерчцнч в кристаллах GGG Yb3*

В § 1 рассмотрена модель непрерывного одномодового твердотельного Лозера с продольной накачкой, являющаяся основой для последующего анализа экспериментальны^ данных Получены выражения для расчета порога и дифференциальной эффективности генерации в зависимости от параметров активной среды и резонатора Подученные соотношения могут использоваться в качестве исходных при решении задачи о 1тичшации твердотельных лазеров для получения максимальной мощности генерации

В § 2 получена и исследована непрерывная генерация на дллнах волн 1,033 мкм и 1,030 мкм в кристалтах GGG Yb3' Генерация получена при комнатной температуре и продольной накачке излучением титан - сапфирового и волоконного нсодимового ;азероз

При накачке титан - сапфировым лазером порог генерации по поглощенной мощности составил 28 мВт При мощности накачки 150 мВт достигнута мощность пространственно одномодовой генерации 55 мВт с дифференциальной эффективностью 45% При накачте волоконным неодимовым лазером порог генерации по поглощенной мощности составит 85 мВт, дифференциальная эффективность 20% При мощности накачки 1,7 Вт получена выходная мощность генерации 310 мВт

На основе экспериментально измеренных параметров генерации в кристаллах GGG Yb3* и разработанной модели твердотельного лазера сделаны оценки пороговой мощности и дифференциальной эффективности для случая накачки инжекционныч лазером, сопряженным с многомодовым оптическим волокном Данные оценки свидетельствуют о перспективности кристаллов GGG Yb3* для получения генерации на переходе 2F5/2-^2F7n ионов Yb3* при диодной накачке

В заключении приводятся основные результаты данной работы

1 Разработана модель миграционно-ускоренной сенсибилизации люминесценции в системе активаторов Yb3* и Но3*, учитывающая двухступенчатые процессы передачи энергии от возбужденных ионов То3* ионам Но3* Разработанная модель учитывает процессы внутрицентровон релаксации энергии з донорах и акцепторах, распределение по расстояниям в паре донор - акцептор, а также обратимый характер переноса энергии с донора на акцептор на второй ступени сенсибилизации

2 Разработан метод определения количественных характеристик донор - акцепторного переноса энергии на второй ступени последовательной сенсибилизации переходов 5S2,5F4~>sIg и 5Fs-*5Ig ионов Но3*, основанный на анализе особенностей кинетик люминесценции доноров, проявляющихся в условиях накопления акцепторов в состоянии 51?

3 Экспериментально исследованы спектральные и кинетические характеристики люминесценции доноров и акцепторов, наблюдаемые в кристаллах GGG Yb3* Но3 в условиях оптического возбуждения ионов Yb3* коротким импульсом Определены механизмы и параметры донор - донорного и донор - акцепторного переноса энергии в кристаллах GGG Yb3* Но3* Показано, что механизм донор - донорного переноса энергии в кристаллах GGG Yb3* Но3* является квадруполь - квадрупольным с микропараметром Cdd, численно равным CDa=3,5 Юб7см10/с при температуре 300 К и См>=1,8 Ю"66см10/с при температуре 77 К Механизм донор - акцепторно1 о переноса энергии в кристаллах GGG Yb3* Но3* является диполь - дипольным Перенос энергии с возбужденного иона Yb3* на невозбужденный ион Но3* носит нерезонансный необратимый характер и происходит с переходом иона Но3* в состояние 5h Микропараметр указанною процесса переноса энергии равен СвЛ[=1,\ 10 38 см6/с при температуре 300 К и ССд;=8,8 10"39 см6/с при температуре 77 К Перенос энергии с возбужденного иона Yb3* на возбужденный ион Но3*, находящийся в состоянии 5If, носит обратимый характер и происходит с переходом иона Но3* в состояние 5S2,5F4 Микропараметр переноса энергии с возбужденного иона Yb3* на возбужденный ион Но3*, находящийся в состоянии 516, равен СОАз=2,1 10"38см6/с при температуре 300 К и Сгш=2,4 10"38 смб/с при температуре 77 К Микропараметр обратного переноса энергии (с

иона Но3* в состоянии 5S2,5F4 на невозбужденный ион Yb3*) составляет C/wS=4 4 Ю"40 см£/с при температуре 300 К и CADs= 1,4 1040 см6/с при температуре 77 К

4 На основе анализа экспериментальных данных показано, что оптимальным выбором концентрации доноров и акцепторов в кристалчах GGG Yb3* Но3* можно добиться значении эффективной скорости передачи энергии на второй стадии сенсибилизации перехода 5S2,sF4~>sIs, превосходящих скорость релаксации промежуточного уровня 316 На этом основании сделан вывод, что исследуемые кристаллы GGG Yb3* IIo3* могут быть перспективны с точки зрения получения лазерной генерации в зеленой области спектра р;. переходе 5S2,:'F4—>5Is ионов Но3* при накачке в полосу поглощения ионов Yb3* Определены концентрации доноров и акцепторов (30 - 50 ат % Yb3* и 0,3 - 0,5 ат % Но3* при 300 К) и режим накачки, оптимальные для получения лазерной генерации на данном переходе

5 Показано, что исследуемые кристаллы перспективны с точки зрения получение лазерной генерации на переходах 5I6—s>5h (2,9 мкм), SI6—>5IS (1,1 - 1 2 мкм) и sb-*3Ig (2 vf м) ионов Но3* при накачке в полосу поглощения ионов Yb3* Определены оптимальные концентрации доноров и акцепторов для данного случая

6 В кристаллах GGG Yb3L при комнатной температуре получена нсгреры,!ьгя пространственно одномодовая лазерная генерация на дчинах волн 1,030 мкм и 1,033 мкм Генерация получена на переходе между нижним штарковским подуровнем уровне 2Fs'2 i двумя верхними штарковскими подуровнями уровня 2Fm ионов Yb3* при накачке понос Yh^ титан-сапфировым лазером на длинах волн 0,94 и 0,97 мкм и волоконным неодимовьг.' лазером на длине волны 0,925 мкм В условиях накачки волоконным неодимовым лазером получена выходная мощность генерации 310 мВт при поглощенной мощности чакач^и 1,7 Вт При накачке титан - сапфировым лазером получена генерация с дифференциальной эффективностью 45 % при пороговой поглощенной мощности накачки 28 мВт

Основные результаты диссертационной работы изложены в следующих пубдикацнял

1 Belovolov МI, Dsanov Е М, Timoshechkin МI, Barashov L V, Belovolov А М, Ivanov М Л , MorosovNP, ProkhorovAM, TirroshechkmКМ Roon? temperature CW Yb GGG operation at 1,038 цт - Proc CLEO/Europe'96, Hamburg, Germany, Paper CML5, p 43, 1996

2 Бетоволов M И , Дианов E M , Тимошечкин M И , Барашов Л В , Беловолов А М , Иванов М А , Морозов Н П , Прохоров А М, Тимошечкин К М Антистоксовая люминесценция и непрерывная генерация ГГГ-Yb лазера на 1,038 мкм при комнатной температуре - Препринт ИОФАН № 1, 34 с, 1997

3 Belovolov Л M , Dianov Е М, Timoschechkm МI, Belovolov МI High - pon ег tunable laser diodes for selective excitation of rare - earth ions in crystals - 2nd International Conference on Tunable Diode Laser Spectroscopy, TDLS - 98, July 6-10,1998, Moscow, Russia, Abstracts of papers, p 52

4 Беловолов M И, Дианов E M , Тимошечкин M И , Беловолов A M , Васильева H В , Кирьянов А В , Смирнов В А Спектры стоксовой и антистоксовой люминесценции кристаллоз галлий - гадолиниевого граната, активированных ионами Yb3* - (Но3*, Тт3*, Ег3*) - Препринт ИОФАН № 8,47 с, 2002

5 Беловолов AM, Тимошечкин М И , БеловоловМИ, Смирнов В А Исследование киньтик люминесценции кристаллов галлий - гадолиниевого граната, легированных иттербием и гольмием - Препринт ИОФАН № 7, 22 с, 2002

6 Беловолов А М , Тимошечкин М И , Беловочов М И , Антистоксовое преобразование энергии оптического возбуждения в лазерных материалах, активированных ионами редкоземельных элементов Обзор механизмов и методов их идентификации — Препринт ИОФАН № 9, 44 с, 2002

7 Рандошкин В В , Беловолов AM, БеловоловМИ, ВасичьеваНВ, ДиановЕМ, СышунКВ, Тимошечкин МИ Poci и люминесценция эшпаксиальных пченок Ybo)FrxGdn xGasO]2 - Квантовая электроника, т 25, №3 ,с 233-235,1998

8 Kir'yanov А V , Aboites V , Belovolov А М, Timoshechkin М I, Belovolov М I, Damzen М J , Mmassian A Powerful visible (530 - 770 nm) luminescence in Yb,Ho GGG with IR diode pumping - Optics Express, Vol 10, No 16, pp 832-839, 2002

9 Беловолов A M , Беловолов M И , Дианов E M , Тимошечкин M И , Модель прыжковой последоватечьной сенсибилизации люминесценции ионов Но3* в твердых течах, активированных иенами Yb т и Но3* - Препринт НЦВО при ИОФ РАИ, №10 , 62 с, 2006

10 Беловолов AM, БеловоловМИ, ДиановЕМ, ИвановМА, Кочурихин ВВ, Рандошкин В В Экспериментальное исследование процессов передачи энергии в кристаллах гадолиний - галлиевого граната, активированных ионами Yb3* и Но3* -Препринт НЦВО при ИОФ РАН №11, 56 с, 2006

11 Беловолов А М , Беловолов М И , Дианов Е М , Дудин В В , Тимошечкин М И , Непрерывная лазерная ¡енерация на кристаллах GGG Yb3* при накачке на длине волны 0,925 мкм - Квантовая электроника, т.36, № 7, 587 - 590, 2006

12 Беловолов А М , Беловолов М И , Дианов Е М , Иванов М А, Кочурихин В В , Рандошкин В В , Исследование процессов передачи энергии в кристаллах гадочиний-галлиевого граната, активированных ионами Yb3* и Но3* - Квантовая электроника, т 36, №8, 702 -712,2006

Литература

1 Л Д Зусман, «Тушение люминесценции при наличии миграции возбуждений в твердых растворах», Оптика и спектроскопия, т 36, Вып 3, стр 497-502, 1974

2 JIД Зусман, «Кинетика затухания люминесценции при прыжковом механизме тушения», ЖЭТФ, т 73, Вып 2(8), стр 662-670, 1977

3 R Walti, W Lulhy, Н Р Weber, S Ya Rusanov, A A Yakovlev, А1 Zagumenvi,

I Shcherbakov, A F Umyskov, «Yb3+/Ho3+ energy exchange mechanisms in Yb Ho YAG crystals for 2 цт or 540 run lasing », J Quant Spectrosc Radiat Transfer, Vol 54, № 4, pp 671-681,1995

4 XX Zhang, P Hong, M Bass, В H T Chai, «Но3* to Yb3* back transfer and thermal quenching of upconversion green emission m fluoride crystals», Appl Phys Lett, 63, p 2606, 1993

5 IR Martm, V D Rodrigues, V Lavm, U R Rodrigues-Mendoza, «Upconversion dynamics m Yb3+-Ho3+ doped fluoroindate glasses», J of Alloys and Compounds, 227-228, pp 345-348, 1998

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. АНТИСТОКСОВАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ И ЛАЗЕРНАЯ ГЕНЕРАЦИЯ В КРИСТАЛЛАХ, АКТИВИРОВАННЫХ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ ИОНАМИ. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

§ 1. Механизмы антистоксовой люминесценции в кристаллах, активированных ионами редкоземельных элементов.

1.1. Последовательное поглощение фотонов одним ионом.

1.2. Последовательная (ступенчатая) сенсибилизация антистоксовой люминесценции.

1.3. Кооперативная (одновременная) сенсибилизация антистоксовой люминесценции.

1.4. Кооперативное излучение двух взаимодействующих ионов.—-------------------------.

1.5. Влияние миграции энергии по донорной подсистеме активаторов на процессы последовательной и кооперативной сенсибилизации антистоксовой люминесценции.

§2. Сенсибилизация антистоксовой люминесценции в лазерных материалах, активированных ионами Yb3+ и Ноэ+.

§ 3. Лазерная генерация в активных средах, сенсибилизированных ионами иттербия в качестве генерирующего иона или иона-донора энергии.

3.1. Проблемы оптимизации иттербиевых лазеров.

3.2. Обзор экспериментальных результатов по получению генерации в лазерных материалах, активированных ионами Yb3+.

3.3. Генерация в лазерных материалах, активированных ионами Yb3+ в качестве доноров энергии для генерирующих ионов.

§ 4. Структура кристаллов граната и лазерная генерация в кристаллах GGG, активированных ионами Но3+.

Выводы к главе I.

ГЛАВА II. ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МИГРАЦИОННО-УСКОРЕННОЙ СЕНСИБИЛИЗАЦИИ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ, АКТИВИРОВАННЫХ ИОНАМИ Yb3+ И Но3+.

§ 1. Постановка задачи главы II.

§ 2. Вывод уравнений модели миграционно-ускоренной сенсибилизации люминесценции в системе взаимодействующих активаторов Yb3+ и Но3+.

2.1. Процессы сенсибилизации и релаксации энергетических состояний акцептора, учитываемые в модели системы активаторов Yb3+- Но3+.

2.2. Вывод уравнений модели для случая непрерывной среды, активированной ионами Ybи Но3.

2.3. Вывод уравнений модели для случая кристаллической решетки, активированной ионами Yb3+ и Но

11 ч I

§ 3. Уравнения модели активной среды Yb -Но в статическом режиме передачи энергии и при прыжковом механизме миграции энергии по донорной подсистеме.

3.1. Уравнения модели при прыжковом механизме миграции энергии по донорной подсистеме.

3.2. Уравнения модели в статическом режиме передачи энергии.

3.3. Уравнения модели для расчета кинетик люминесценции доноров и акцепторов при возбуждении доноров коротким оптическим импульсом.

§ 4. Расчет кинетик люминесценции доноров (Yb3+) и акцепторов (Но3*) при возбуждении доноров коротким оптическим импульсом.

4.1. Решение уравнений модели в пределе слабой последовательной сенсибилизации в первом приближении по процессам последовательной сенсибилизации).

4.2. Решение уравнений модели во втором приближении по процессам последовательной сенсибилизации.

§5. Расчет кинетик люминесценции доноров и акцепторов для типичных параметров системы активаторов Yb3 - Но3+. Разработка методов анализа экспериментальных кинетик люминесценции.

5.1. Расчет кинетик люминесценции доноров и акцепторов для типичных параметров системы Yb3+- Но3+.

5.2. Методика исследования процессов сенсибилизации люминесценции в системе активаторов Yb3+-Ho3*.

5.3. О возможности определения параметров переноса энергии в системе активаторов Yb3+-Ho3.

Выводы к главе II.

ГЛАВА III. КРИСТАЛЛЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ

УСТАНОВКА И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТОВ.

§1. Кристаллы для исследований.

§ 2. Установка для исследования спектральных и кинетических характеристик кристаллов GGG:Yb3+:Ho3.

ГЛАВА IV. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕДАЧИ

ЭНЕРГИИ В КРИСТАЛЛАХ GGG:Yb3+:Ho3+.

§ 1. Исследование спектральных характеристик кристаллов GGG:Yb :Но и определение собственных постоянных времени жизни возбужденных состояний ионов Yb3+ и Но3+.

1.1. Исследование спектральных характеристик кристаллов GGG:Yb3+:Ho3+.

1.2. Определение значений постоянных времени внутрицентрового распада возбужденных состояний ионов Yb3+ и Но3* в кристаллах GGG.

§2. Исследование процессов донор-донорного и донор-акцепторного переноса энергии в кристаллах GGG:Yb3+:Ho3+.

2.1. Исследование миграционно-ускоренного режима донор-акцепторного переноса энергии на первой ступени последовательной сенсибилизации ионов Но3+ в кристаллах GGG:Yb3+:Ho3+.

2.2. Исследование процессов донор-акцепторного переноса энергии на второй ступени последовательной сенсибилизации ионов Но3* в кристаллах GGG:Yb3+:Ho3+.

§3. Перспективы получения лазерной генерации на сенсибилизированных переносом энергии переходах ионов Но3*, при накачке в полосу поглощения ионов Yb3+.

Выводы к главе IV.

ГЛАВА V. ЛАЗЕРНАЯ ГЕНЕРАЦИЯ В КРИСТАЛЛАХ GGG:Yb3+.

§ 1. Модель непрерывного одномодового твердотельного лазера с продольной накачкой.

1.1. Основные уравнения модели непрерывного одномодового твердотельного лазера с продольной накачкой.

1.2. Порог непрерывной генерации.

1.3. Зависимость мощности генерации от поглощенной мощности накачки и дифференциальная эффективность лазера.

1.4. Продольная накачка излучением ТЕМоо моды твердотельного лазера.

1.5. Продольная накачка твердотельного лазера инжекционным лазером, сопряженным с многомодовым оптическим волокном.

§ 2. Эксперименты по лазерной генерации на переходе 2Fs/2—* г~¥цг ионов Yb3+ в кристаллах GGG:Yb3+.

2.1. Непрерывная лазерная генерация на переходе F;/2—* F7/2 ионов Yb в кристаллах GGG:Yb3+ при накачке от титан-сапфирового лазера.

2.2. Непрерывная лазерная генерация на переходе 2F$/2-+ 2Fm ионов Yb3+ в кристаллах GGG:Yb3+ при накачке от волоконного неодимовоголазера.

2.3. Оценка параметров лазерной генерации на переходе 2Fsд—* 2F7/2 ионов Yb3+ в кристаллах GGG:Yb3+ при диодной накачке.

Выводы к главе V.

Актуальность работы. Одной из актуальных задач квантовой электроники является поиск и исследование новых материалов для активных сред твердотельных лазеров. В настоящее время большое внимание уделяется исследованию лазерных кристаллов, активированных ионами Yb [1-7]. Это объясняется рядом причин, среди которых наиболее существенными являются следующие.

Во-первых, энергетический спектр ионов Yb3+ в ИК-диапазоне содержит всего два терма

CFj/2 и F7/2), расщепленных в результате взаимодействия ионов с полем кристаллической решетки. Это исключает самотушение возбуждений ионов Yb по кросс-релаксационному и иным нелинейным механизмам [1,2]. Известно, что кросс-релаксационный механизм самотушения ограничивает максимальную концентрацию ионов Nd3+ в лазерных кристаллах на уровне нескольких атомных процентов [3]. Благодаря отсутствию кросс-релаксации концентрация ионов Yb3+ в лазерных кристаллах может достигать величины 100 ат. %, что позволяет создавать более компактные и мощные твердотельные лазеры. Кроме того, из-за простой энергетической структуры уровней ионов Yb3+ длина волны генерации иттербиевых лазеров близка к длине волны накачки, что уменьшает выделение тепла и улучшает тепловой режим иттербиевых лазеров по сравнению с неодимовыми [4-6].

Во-вторых, для большинства активированных ионами Yb3+ лазерных кристаллов имеет место сильное электрон-фононное взаимодействие, что приводит к значительному уширению линии усиления [1,7]. Данная особенность привлекательна с точки зрения получения сверхкоротких лазерных импульсов [7].

В-третьих, длина волны генерации иттербиевых твердотельных лазеров (1,024-1,050 мкм) несколько короче, чем у неодимовых лазеров (1,064 мкм). Однако даже такое небольшое различие длин волн приводит к существенному для ряда технических приложений увеличению чувствительности кремниевых оптических приемников, особенно с учетом большей выходной мощности иттербиевых лазеров по сравнению с неодимовыми [2].

Наконец, в ряде кристаллических матриц ионы Yb3+ являются высокоэффективными сенсибилизаторами других редкоземельных ионов (TR3+), таких как Er3+[9,10], Тт3+[11,12] и Но3+[13-16]. При этом люминесценция ионов Ег3+, Тт3+ и Но3+ наблюдается как в стоксовой, так и в антистоксовой области (по отношению к энергии возбуждения иона Yb3+). Следует учесть, что в настоящее время для целей накачки в полосу поглощения ионов Yb3+ разработаны и коммерчески доступны мощные лазерные диоды (10-30 Вт в непрерывном режиме). Таким образом, имеются перспективы создания твердотельных лазеров с новыми длинами волн генерации, в том числе, лазеров видимого диапазона с диодной ИК - накачкой.

Взаимодействие редкоземельных ионов в лазерных кристаллах активно исследуется уже несколько десятилетий [18-30]. Взаимодействие активаторов приводит, в частности, к процессам передачи энергии электронного возбуждения от доноров к акцепторам. Динамика процесса передачи энергии определяется соотношением между скоростями продольной и поперечной релаксации в активаторах и скоростью передачи энергии. Проявлениями передачи энергии между активаторами являются сенсибилизация люминесценции акцепторов при возбуждении доноров, кросс - релаксационное тушение люминесценции активаторов, тушение люминесценции доноров акцепторной примесью, в том числе, в условиях миграции энергии по донорной подсистеме.

Взаимодействие активаторов в лазерных кристаллах может также приводить к процессам антистоксового преобразования энергии электронного возбуждения доноров и возникновению антистоксовой люминесценции активированных кристаллов [9-30]. Антистоксовая люминесценция может возникать, в частности, из-за последовательной или одновременной (кооперативной) передачи двух и более квантов возбуждения от ионов-доноров к ионам-акцепторам. Данные процессы взаимодействия активаторов получили название соответственно последовательной (ступенчатой) и кооперативной сенсибилизации антистоксовой люминесценции [20-24].

Одним из перспективных направлений в области разработки миниатюрных твердотельных лазеров видимого и ИК диапазонов с диодной накачкой является исследование лазерных материалов, активированных ионами Yb3+ и Но3+. Для данной пары активаторов характерна высокая эффективность процессов безызлучательной передачи энергии от ионов Yb3+ к ионам Но3+, приводящая к стоксовой и антистоксовой

Л I люминесценции на ряде переходов ионов Но [13-16]. На сенсибилизированных переносом энергии переходах 5l7—>5Ig, 51б—>5l7 и 5S2,5F4->5Ig ионов Но3+ в настоящее время уже удалось получить лазерную генерацию [17-19]. Особенный интерес представляет получение лазерной генерации на переходе ионов Но3+ (зеленая область спектра) в условиях инфракрасной накачки на переходе ^7/2—ионов Yb3+. В кристаллах K.YF4, активированных ионами Yb3+ и Но3+, такую генерацию удалось получить при температуре жидкого азота [17]. При комнатной температуре данную генерацию пока получить не удается, причем причины этого исследованы недостаточно. Следует отметить, что процессы передачи и релаксации энергии в системе активаторов Yb3+ - Но3+ сравнительно слабо исследованы к настоящему моменту времени. По-видимому, это связано с тем, что данные процессы не всегда хорошо описываются простейшими моделями последовательной и кооперативной сенсибилизации антистоксовой люминесценции, предполагающими сверхбыструю миграцию энергии по ионам

Yb3+. Это сильно затрудняет количественную интерпретацию экспериментальных данных. Кроме того, в большинстве экспериментальных работ, посвященных исследованию системы активаторов Yb3+ - Но3+, экспериментальные данные представлены в очень ограниченном объеме, что затрудняет построение адекватных теоретических моделей. Таким образом, в настоящее время является актуальной задача комплексного (экспериментального и теоретического) исследования процессов переноса и релаксации энергии в системе активаторов Yb3+ - Но3+.

Целью данной работы является теоретическое и экспериментальное исследование процессов передачи энергии и связанных с ними процессов сенсибилизации стоксовой и

•Ч I I I антистоксовой люминесценции в кристаллах GGG:Yb :Но , а также получение и исследование характеристик непрерывной лазерной генерации на переходе 2F7/2—>^5/2 ионов

•J I Л I 1 I

Yb в кристаллах системы GGG:Yb :Но .

В рамках данного основного направления решаются следующие задачи: -построение модели миграционно - ускоренной сенсибилизации люминесценции ионов Но3+ в твердых телах, активированных ионами Yb3+ (доноры) и Но3+ (акцепторы),

- разработка методов определения количественных характеристик донор-донорного и донор-акцепторного переноса энергии по экспериментальным кинетикам люминесценции ионов Yb3+ и Но3+,

- экспериментальная проверка адекватности модели сенсибилизации люминесценции ионов Но3+ и определение количественных характеристик донор-донорного и донор-акцепторного переноса энергии в кристаллах GGG:Yb3+:Ho3+,

- анализ перспектив получения лазерной генерации на переходах ионов Но3+, при оптической накачке исследуемых кристаллов на переходе F7/2—► F5/2 ионов Yb , а также определение оптимальных концентраций активаторов для данной цели,

- исследование генерационных свойств кристаллов GGG:Yb .

Научная новизна результатов, составляющих содержание диссертации, заключается в следующем:

1. Впервые разработана модель миграционно - ускоренной сенсибилизации в твердом теле, активированном ионами Yb3+ и Но3+, учитывающая двухступенчатые процессы передачи энергии от возбужденных ионов Yb ионам Но . Разработанная модель учитывает обратимый характер переноса энергии с донора на акцептор на второй ступени последовательной сенсибилизации и конечную величину скорости внутрицентровой релаксации энергии состояний доноров.

2. Впервые теоретически предсказаны и экспериментально наблюдались в кристаллах GGG:Yb3+:Ho3+ особенности кинетик доноров и акцепторов, связанные с накоплением акцепторов в долгоживущем состоянии 5Ь и влиянием процессов двухступенчатой сенсибилизации. Разработан метод определения количественных характеристик донор-акцепторного переноса энергии на второй ступени последовательной г с ^ с с Эф сенсибилизации переходов F5-» Ig и S2, F4^ Ig ионов Но , основанный на анализе особенностей кинетик люминесценции доноров и акцепторов, проявляющихся при накоплении акцепторов в состоянии 51у.

3. Впервые количественно исследованы процессы донор-донорного и донор I Л I акцепторного переноса энергии в кристаллах GGG:Yb :Но /

4. В кристаллах GGG:Yb3+:Ho3+ с малым содержанием примесей Но3+ впервые при комнатной температуре получена и исследована непрерывная пространственно -одномодовая генерация на иона на длинах волн 1,30 мкм и 1,038 мкм.

Научная и практическая значимость диссертационной работы заключается в том, что разработанные в данной работе теоретические и экспериментальные подходы и методы исследования процессов последовательной сенсибилизации могут быть использованы для поиска и оптимизации новых лазерных материалов с ионами Yb3+ в качестве основного рабочего иона или сенсибилизатора, а также для оптимизации активных сред на кристаллах GGG:Yb3+ и GGG:Yb3+:Ho3+.

Публикации и апробация работы. Материалы, вошедшие в диссертационную работу, отражены в 12 публикациях и докладывались на Европейской Конференции по Лазерам и Электронной Оптике (CLEO/Europe'96, Hamburg, Germany, 1996), на 2-й Международной конференции по перестраиваемой диодной лазерной спектроскопии (TDLS-98, Москва, 1998), на семинарах Научного центра волоконной оптики РАН и Института кристаллографии РАН.

Содержание и объем работы:

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, в котором сформулированы основные результаты и выводы работы. Общий объем диссертации составляет 200 страниц, включая 65 рисунков, 4 таблицы и список литературы из 77 наименований.

Основные результаты, полученные в данной диссертационной работе, изложены в публикациях А. 1 - А. 12.

В заключение автор считает приятным долгом выразить благодарность своему научному руководителю Тимошечкину М.И. за предложенную интересную тему исследований и научное руководство. Благодарю академика Дианова Е.М. за участие в работе, помощь и ценные советы. Я бесконечно признателен академику А.М.Прохорову за интерес к работе, деятельное участие и ценные советы в самом начале работы над темой диссертации. Выражаю благодарность Беловолову М.И. за помощь в проведении экспериментальных исследований и обсуждение физики наблюдаемых явлений, Смирнову В.А. и Кирьянову А.В. за плодотворное сотрудничество и стимулирующие дискуссии, Тимошечкину М.И., В.В.Рандошкину, Н.В.Васильевой, М.А.Иванову, В.В.Кочурихину за предоставленные кристаллы для исследований и помощь в работе с ними, И.А.Буфетову и В.В.Дудину за помощь в проведении экспериментов по лазерной генерации при накачке от волоконного лазера, Плотниченко В.Г. и Пыркову Ю.Н. за помощь в измерении спектров поглощения в кристаллах с малыми концентрациями примесей ионов Но3+ и предоставление охлаждаемого фотоприемника на основе InSb. Автор выражает глубокую признательность оптикам высокой квалификации, сотрудникам НЦВО РАН Климанову А.Г. и Колосовой М.В. за помощь в обработке экспериментальных образцов и ценные советы. Благодарю также всех сотрудников НЦВО за доброжелательное отношение и помощь в решении многих сопутствующих технических проблем при выполнении данной работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В заключении перечислим основные результаты данной диссертационной работы:

1. Разработана модель миграционно-ускоренной сенсибилизации люминесценции в системе активаторов Yb3+ и Но3+, учитывающая двухступенчатые процессы передачи энергии от возбужденных ионов Yb3+ ионам Но3+. Разработанная модель учитывает процессы внутрицентровой релаксации энергии в донорах и акцепторах, распределение по расстояниям в паре донор - акцептор, а также обратимый характер переноса энергии с донора на акцептор на второй ступени сенсибилизации.

2. Разработан метод определения количественных характеристик донор -акцепторного переноса энергии на второй ступени последовательной сенсибилизации переходов 5S2, и F5—> Ig ионов Но , основанный на анализе особенностей кинетик люминесценции доноров, проявляющихся в условиях накопления акцепторов в состоянии

3. Экспериментально исследованы спектральные и кинетические характеристики люминесценции доноров и акцепторов, наблюдаемые в кристаллах GGG:Yb3+:Ho3+ в условиях оптического возбуждения ионов Yb3+ коротким импульсом. Определены механизмы и параметры донор - донорного и донор - акцепторного переноса энергии в кристаллах GGG:Yb3+:Ho3+. Показано, что механизм донор - донорного переноса энергии в кристаллах GGG:Yb :Но является квадруполь - квадрупольным с микропараметром Cdd, численно равным Cdd=3,5 10"67 см'°/с при температуре 300 К и Cdd=1,8 Ю'66 см10/с при температуре 77 К. Механизм донор - акцепторного переноса энергии в кристаллах

1.1. IJ.

GGG:Yb :Но является диполь - дипольным. Перенос энергии с возбужденного иона Yb li на невозбужденный ион Но носит нерезонансный необратимый характер и происходит с

•j. с переходом иона Но в состояние 1б. Микропараметр указанного процесса переноса энергии равен Cdai=1,1 Ю"38 см6/с при температуре 300 К и Cdai=8,8 10'39см6/с при температуре 77 К. Перенос энергии с возбужденного иона Yb3+ на возбужденный ион Но3+, находящийся с -j ■ в состоянии 1б, носит обратимый характер и происходит с переходом иона Но в состояние г г д.

S2, F4. Микропараметр переноса энергии с возбужденного иона Yb на возбужденный ион Но , находящийся в состоянии 1б, равен Соаз=2,1 10" см /с при температуре 300 К и Г

Cda3=2,4 10' см /с при температуре 77 К. Микропараметр обратного переноса энергии (с иона Но3+ в состоянии 5S2,5F4 на невозбужденный ион Yb3+) составляет CAds=4,4 Ю'40 см6/с при температуре 300 К и Cads=1,4 Ю'40 см6/с при температуре 77 К.

4. На основе анализа экспериментальных данных показано, что оптимальным выбором концентрации доноров и акцепторов в кристаллах GGG:Yb :Но можно добиться значений эффективной скорости передачи энергии на второй стадии сенсибилизации перехода 5S2,5F4->5Ig, превосходящих скорость релаксации промежуточного уровня На этом основании сделан вывод, что исследуемые кристаллы GGG:Yb :Но могут быть перспективны с точки зрения получения лазерной генерации в зеленой области спектра на переходе ионов Но + при накачке в полосу поглощения ионов Yb3+. Определены концентрации доноров и акцепторов (30 - 50 ат. % Yb3+ и 0,3 - 0,5 ат. % Но3+ при 300 К) и режим накачки, оптимальные для получения лазерной генерации на данном переходе.

5. Показано, что исследуемые кристаллы перспективны с точки зрения получения лазерной генерации на переходах 51б-»517 (2,9 мкм), 51б—>5Ig (1,1-1.2 мкм) и 51у—(2 мкм) ионов Но3+ при накачке в полосу поглощения ионов Yb3+. Определены оптимальные концентрации доноров и акцепторов для данного случая.

6. В кристаллах GGG:Yb3+ при комнатной температуре получена непрерывная пространственно одномодовая лазерная генерация на длинах волн 1,030 мкм и 1,038 мкм. Генерация получена на переходе между нижним штарковским подуровнем уровня 2Fs/2 и двумя верхними штарковскими подуровнями уровня 2F7д ионов Yb3+ при накачке ионов Yb титан-сапфировым лазером на длинах волн 0,94 и 0,97 мкм и волоконным неодимовым лазером на длине волны 0,925 мкм. В условиях накачки волоконным неодимовым лазером получена выходная мощность генерации 310 мВт при поглощенной мощности накачки 1,7 Вт. При накачке титан - сапфировым лазером получена генерация с дифференциальной эффективностью 45 % при пороговой поглощенной мощности накачки 28 мВт.

1. Г. А. Богомолова, Д.Н. Вылегжанин, А. А. Каминский, «Спектрально-генерационные исследования гранатов с ионами Yb3+», ЖЭТФ, т.69, Вып.3(9), стр.860-874,1975.

2. Takunori Taira, Jiro Saikawa, TakaoKobayashi, Robert L. Byer, «Diode-Pumped Tunable Yb:YAG Miniature Lasers an Room Temperature: Modeling and Experiment», IEEE J. of Selected Topics in Quantum Electronics, Vol.3, № 1, pp. 100-104,1997.

3. А.А. Каминский, «Лазерные кристаллы», Москва, «Наука», 1975.

4. A. Aron, G. Aka, В. Viana, «Spectroscopic properties and laser performance of Yb:YCOB and potential of the Yb:LaCOB material», Optical Materials, Vol.16, №1/2, pp.l 81-188, 1999.

5. C.D. Marshall, L.K. Smith, R.J. Beach,., «Diode-Pumped Ytterbium-Doped Sr5(P04)3F Laser Performance», IEEE J. of Quantum Electronics, Vol.32, № 4, pp.650-656,1996.

6. Hans W. Bruesselbach, David S. Smida, Robin A. Reeder, Robert W. Byren, «Low-Heat High-Power Scaling Using InGaAs-Diode-Pumped Yb:YAG Lasers», IEEE J. of Selected Topics in Quantum Electronics, Vol.3, № 1, pp.105-116,1997.

7. F. Druon, S. Chenais, P. Raybaut, F. Balembois, P.Georges, R. Gaume, G. Aka, B. Viana, D. Viven, S.Mohr, D.Kopf, «CW and femtosecond regime of a new very broadband Yb-doped BOYS crystal», in Technical Digest of Advanced Solid-State Lasers, MD7,2002.

8. Ашуров M.X, «Структура и спектроскопические свойства лазерных кристаллов, содержащих ионы гольмия и эрбия», Диссертация на соискание ученой степени кандидата физ.-мат. наук, Москва, 1978.

9. Г.М. Зверев, И.И. Куратев, И.Ф. Мышляев, A.M. Онищенко, «Кинетика видимой люминесценцииионов Ег3+ в La202S, активированном Yb3+ и Ег3+, при ИК возбуждении», Квантовая электроника, т.4, № 4, стр.866-871,1977.

10. Смирнов В.А, Талыбов А.И, Щербаков И.А, «Исследование сильного некогерентного взаимодействия примесных ионов Yb и Ег в кристаллах гадолиний-скандий-алюминиевого граната», Препринт ИОФ АН № 28, Москва, 1990.

11. Auzel F., «Compteur quantique par transfert d'energie de Yb3+ a Tm3+ dans un tungstate mixte et dans un verre germanate», Compt. Rend. Acad. Sc. Psris B, V.263, № 14, pp.819-821, 1966.

12. В.В.Овсянкин, П.П. Феофилов, «Кооперативная сенсибилизация люминесценции в кристаллах, активированных редкоземельными ионами», Письма в ЖЭТФ, т.4, № 11, стр. 471-474,1966.

13. I.R.Martin, V.D.Rodrigues, V.Lavin, U.R. Rodrigues-Mendoza, «Upconversion dynamics in Yb3+-Ho3+ doped fluoroindate glasses», J. of Alloys and Compounds, 227-228, pp.345-348, 1998.

14. X.X. Zhang, P. Hong, M. Bass, B.H.T. Chai, «Ho3+ to Yb3+ back transfer and thermal quenching of upconversion green emission in fluoride crystals», Appl. Phys. Lett., 63, p.2606, 1993.

15. X.B.Chen, Z.Charles Ying and N. Sawanobori, «Upconversion luminescence of Ho3+ and Yb3+ codoped oxyfluoride glass», Proceedings of SPIE, Rare-Earth-Doped Materials and Devices VI, Vol.4645, pp.113-123,2002.

16. R.J. Trash, R.H. Jarman, B.N.T. Chai, A.Pham, «Upconversion Green Laser Operation of Yb,Ho:KYF4», CFA5-1/73 in «Compact Blue-Green Lasers», OSA,1994.

17. T. Rothacher, W. Luthy, H.P.Weber, «Diode pumping and laser properties of Yb:Ho:YAG», Opt. Commun., 155, pp.68-72,1998.

18. Ю.Д. Заварцев, B.B. Осико, С.Г. Семенков, П.А. Студеникин, А.Ф. Умысков, «Каскадная генерация на ионах Но3+ в кристалле иттрий-скандий-галлиевого граната YSGG:Cr3+,Yb3+,Ho3+», Квантовая электроника, т.20, № 4, стр.366-370,1993.

19. Blombergen N., «Solid state infrared quantum qounters.», Phys. Rev. Letters, V.2, № 3, pp. 84-85,1959.

20. Auzel F., «Compteur quantique par transfert d'energie entre deux ions de terres rares dans un tungstate mixte et duns un verre.», Compt. Rend. Acad. Sc. Psris.-B, V.262, № 15, pp. 10161019,1966.

21. A.K. Казарян, Ю.П. Тимофеев, M.B. Фок, «Антистоксово преобразование излучения в люминофорах с редкоземельными ионами», в сб. «Центры свечения редкоземельных ионов в кристаллофосфорах», труды ФИАН СССР, т. 175, стр.4-65, Москва, Наука, 1986.

22. В.В.Овсянкин, П.П. Феофилов, «Суммирование электронных возбуждений в активированных кристаллах», в сб. «Нелинейная оптика» (Труды 2-го Всесоюзного симпозиума по нелинейной оптике), Новосибирск, Наука, 1968.

23. П.П. Феофилов, «Кооперативные оптические явления в активированных кристаллах», в сб. «Физика примесных центров в кристаллах», стр.539-559, Таллин, 1972.

24. В.В.Овсянкин, П.П. Феофилов, «Кооперативные процессы в люминесцирующих системах», Известия АН СССР, сер. Физическая, т.37, № 2, стр.262-272,1973.

25. F.W. Ostermayer, Jr. and L.G. Van Uitert, «Cooperative Energy Transfer from Yb3+ to Tb3+ in YF3», Phys. Rev. B, V.l, № 11, pp.4208-4212,1969.

26. Б.М. Антипенко, A.B. Дмитркж, Г.О. Карапетян, B.C. Зубкова, В.И. Косяков, А.А. Мак, Н.В. Михайлова, «Преобразование излучения неодимового лазера в люминесценцию•j I д I д 1

27. Tb в стеклах, соактивированных ионами Tb и Yb », Оптика и спектроскопия, т.35, №3, стр.540-545,1973.

28. F.Varsanyi, G.H. Dieke, «Ion-paire resonance mechanism of energy transfer in rare earth crystal fluorescence», Phys. Rev. Letters, V.7, № 12, pp.442-443,1961.

29. E. Nakazawa, S. Shionoya, «Cooperative Luminescence in YbP04», Phys. Rev. Letters, V.25, № 25, pp.1710-1712.

30. D.L. Dexter, «Cooperative Optical Absorption in Solids», Phys. Rev., V.l26, № 6, pp. 19621967,1962.

31. T.T. Басиев, «Передача электронного возбуждения между редкоземельными ионами в лазерных матрицах», Диссертация на соискание ученой степени кандидата физ.-мат. наук, стр, 79-94, Москва, 1976.

32. Глушко А.А., Осико В.В., Тимофеев Ю.П., Щербаков И.А., «Кинетика заселения и распада высоких возбужденных состояний ионов TR в условиях сильного некогерентного взаимодействия в промежуточных состояниях», ЖЭТФ, т.19, с. 194-206, 1980.

33. А.И. Бурштейн, «Концентрационное тушение некогерентных возбуждений в растворах», УФН, т. 143, № 4, стр.553-600.

34. Д.А. Зубенко, М.А. Ногинов, В.А. Смирнов, И.А. Щербаков, «Прыжковый механизм нелинейного тушения люминесценции», Препринт № 13 ИОФ РАН, Москва, 1993.

35. Сверчков С.Е, Сверчков Ю.Е, «Нелинейное прыжковое тушение люминесценции примесных центров в твердых телах», Препринт ИОФ АН № 283, Москва, 1987.

36. Чукова Ю.П, «Антистоксова люминесценция и новые возможности ее применения», Москва, «Советское радио», 1980.

37. Т. Кушида, «Вероятности переноса энергии и кооперативных переходов в редкоземельных ионах в твердом теле», Изв. АН СССР, серия физическая, т.37, №2, стр.273-284, 1973.

38. Т. Miyakawa, D.L. Dexter, «Cooperative and Stepwise Exitation of Luminescence: Trivalent Rare-Ions in Yb3+-Sensitized Crystals», Phys. Rev. B, V.l, № 1, pp.70-80,1970.

39. T. Kushida, «Energy Transfer and Cooperative Optical Transitions in Rare-Earth Doped Materials», J. Phys. Soc. Japan, V. 34, № 5, pp. 1318-1337,1973.

40. L.D. Livanova, I.G. Saitkulov, A.L. Stolov, Fiz. Tverd. Tela, 11, p.918,1969. (Soviet Phys. Solid State,l, p.750,1969)

41. K. Shinagawa, «Ion-Paire Spectra in Rare Earth Salts», J. Phys. Soc. Japan, V. 23, № 5, pp.1057- 1062,1967.

42. X.B.Chen, Y. X. Nie and O. Wen, Chinese Phys. Letters, № 18, p.280,2001.

43. X.B.Chen, Y. X. Nie, W. M. Du and N. Sawanobori, Opt.Comm., № 184, p.289,2000.

44. C. Parent, C. Lurin, G. Le Flem, P. Hagenmuller, J. Luminesc. № 36, p.49,1986.

45. L.FJohnson, H.J.Guggenheim, «Infrared-pumped visible laser», Appl. Phys.Lett., 19, pp.44-47,1971.

46. V. Muller, V. Peters, E. Heumann, M. Henke, K. Petermann, G. Huber, «Growth, characterization, and laser operation of УЬзА^Оц with nearly intrinsic Yb3+-fluorescence lifetime», in Technical Digest of Advanced Solid-State Lasers, MD4,2002.

47. Tso Yee Fan, Robert L. Byer, «Diode Laser-Pumped Solid-State Lasers», IEEE J. of Quantum Electronics, Vol.24, № 6, pp.895-912,1988.

48. P. Laporta, M. Brussard, «Design criteria for mode size optimization in diode-pumped solid-state lasers», IEEE J. of Quantum Electronics, Vol.27, pp.2319-2326,1988.

49. Y.E. Chen, T.S. Liao, C.F. Kao, T.M. Huang, K.H. Lin, S.C. Wang, «Optimization of Fiber-Coupled Laser-Diode End-Pumped Lasers: Influence of Pump-Beam Quality», IEEE J. of Quantum Electronics, Vol.27, pp.2010-2016,1996.

50. Y.E. Chen, T.M. Huang, C.F. Kao, C.L. Wang, S.C. Wang, «Optimization in Scaling Fiber-Coupled Laser-Diode End-Pumped Lasers to Higher Power: Influence of Thermal Effect», IEEE J. of Quantum Electronics, Vol.33, № 8, pp.1424-1429,1997.

51. T.Y. Fan, Antonio Sanchez, «Pump Source Requirements For End-Pumped Lasers», IEEE J. of Quantum Electronics, Vol.26, № 2, pp.311-316,1990.

52. Г.С. Ландсберг, «Оптика», стр. 286-287, изд. «Наука», ГРФМЛ, Москва, 1976.

53. М. Born, Е. Wolf, «Principles of Optics», Oxford, U.K.: Pergamon, pp.460-464,1975.

54. S. Chenais, F. Balembois, P. Georges, R. Gaume, B. Viana, G.P. Aka, D. Vivien, «Thermal lensing measurements in diode-pumped Yb-doped materials», in Technical Digest of Advanced Solid-State Lasers, WB3,2002.

55. T.Y. Fan, J. Ochoa, «Tunable Single-Frequency Yb:YAG Laser with 1-W Output Power Using Twisted-Mode Technique», IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 7, № 10, pp.1137-1138,1995.

56. W. P. Risk, «Modeling of Longitudinally Pumped Solid-State Lasers, Exhibiting Reabsorption Losses», J. Opt. Soc. Amer. B, Opt. Phys., Vol.B5, pp.1412-1423,1988.

57. Pu Wang, Judith M. Dawes, Peter Dekker, James A. Piper, «Highly efficient diode-pumped ytterbium- doped yttrium aluminum borate laser», Optics Communications, 147, pp.467-470, 2000.

58. Peter Dekker, Judith Dawes, Phil Burns and James Piper, «Widely tunable green lasers based on the self-frequency doubling material Yb:YAB», in Technical Digest of Advanced Solid-State Lasers, MB4,2002.

59. Phillip A. Burns, Judith Dawes, Peter Dekker, James Piper, «Coupled-Cavity, Single-Frequency Yb:YAB Yellow Laser», in Technical Digest of Advanced Solid-State Lasers, MB6,2002.

60. Allen K.Hankla, Gregory J.Wagner, Timothy J. Carrig. Nathan A. Brilliant, Craig A. Denman, «Single-frequency operation of a diode-pumped Yb:SVAP laser tunable from 1104 to 1128 nm», in Technical Digest of Advanced Solid-State Lasers, WB8,2002.

61. Bhabana Pati, Kevin F. Wall, К. I. Schaffers, «Laser Performance of Yb:S-FAP in Prismatic Side-Pumping Configuration», in Technical Digest of Advanced Solid-State Lasers, MD2, 2002.

62. Antoine Courjaud, Nelly Deguil, Fran ois Salin, «1,5 W femtosecond diode-pumped Yb:KGW laser», in Technical Digest of Advanced Solid-State Lasers, MD6,2002.

63. D.E. Castlberry, «Energy transfer in sensitized rare earth lasers», Ph. D. dissertation, assachusetts Inst.Technol., Cambridge, 1975.

64. Wilfred Lenth, Roger M. Macfarlane, «Upconversion Lasers», Optics & Photonics News, Vol.3, №3,pp.8-14,1992.

65. X.X. Zhang, P. Hong, M. Bass, B.H.T. Chai, «Effects of energy back transfer in Yb sensitized upconversion materials used as blue-green laser hosts», Compact Blue-Green Lasers, OSA Technical Digest, Vol.1, CFA4,1994.

66. E.Osiak, et. al., J. of Alloys and Compounds, 323-324, p.283,2001.

67. H.E. Алексеев, В.П. Гапонцев, M.E. Жаботинский, В.Б. Кравченко, Ю.П. Рудницкий, «Лазерные фосфатные стекла», Москва «Наука», ГРФМЛ, 1980.

68. А.А. Каминский, В.А. Федоров, В.В. Рябченков, С.Э. Саркисов, Д. Шульце, И. Боом, П. Рейхе, «Каскадная генерация ионов Но в кристалле GdsGasOn по схеме Неорганические материалы, т. 17, № 6, стр.1120,1981.

69. Л.Д. Зусман, «Тушение люминесценции при наличии миграции возбуждений в твердых растворах», Оптика и спектроскопия, т.36, Вып.З, стр.497-502,1974.

70. JI.Д. Зусман, «Кинетика затухания люминесценции при прыжковом механизме тушения», ЖЭТФ, т.73, Вып.2(8), стр.662-670,1977.

71. Ю.С. Привис, В.А. Смирнов, И.А. Щербаков, «Учет структуры кристалла в модели прыжкового тушения люминесценции», ЖЭТФ, т.87, Вып.2(8), стр.589,1984.

72. М.А. Ногинов, «Динамика заселения возбужденных состояний ионов эрбия в лазерных кристаллах иттрий-скандий-галлиевого граната с хромом», Диссертация на соискание ученой степени кандидата физ.-мат. наук, стр. 73, Москва, 1989.

73. Y.E. Chen,, C.F. Као,, S.C. Wang, «Analytical model of fiber-coupled laser-diode end-pumped lasers», Optics Communications, №133, pp.517-524,1997.

74. Phys. Stat. Solidi (a), 42, pp.101-110,1977.

75. Известия АН, Неорганические материалы, т.15, №7, стр.1250-1255,1979.

76. Основные результаты диссертационной работы изложены в следующих публикациях:

77. А.З. Рандошкин В.В., Беловолов A.M., Беловолов М.И., Васильева Н.В., Дианов Е.М., Сташун К.В., Тимошечкин М.И. Рост и люминесценция эпитаксиальных пленок Ybo,3ErxGd2;7.xGa50п. Квантовая электроника, т.25, №3 , с. 233-235,1998.

78. A.5. Беловолов A.M., Тимошечкин М.И., Беловолов М.И., Смирнов В.А. Исследование кинетик люминесценции кристаллов галлий-гадолиниевого граната, легированных иттербием и гольмием. Препринт ИОФАН, № 7,22 с, 2002.

79. А.8. Kir'yanov A.V., Aboites V., Belovolov A.M., Timoshechkin M.I., Belovolov M.I., Damzen M.J., Minassian A. Powerful visible (530 770 run) luminescence in Yb,Ho:GGG with IR diode pumping. - Optics Express, Vol.10, No 16, pp.832-839,2002.

80. A.9. Беловолов A.M., Беловолов М.И., Дианов E.M., Тимошечкин М.И. Модель прыжковой последовательной сенсибилизации люминесценции ионов Но3+ в твердых телах, активированных ионами Yb и Но3+. Препринт НЦВО при ИОФ РАН, №10 , 62 с, 2006.

81. А.11. Беловолов A.M., Беловолов М.И., Дианов Е.М., Дудин В.В., Тимошечкин М.И., Непрерывная лазерная генерация на кристаллах GGG:Yb3+ при накачке на длине волны 0,925 мкм.- Квантовая электроника, т.36, № 7,587 590,2006.