Парофазный рост монокристаллов соединений АIIBVI, легированных переходными металлами, для лазеров среднего ИК диапазона тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Учреждение Российской академии наук Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН

На правах рукописи

ЛАНДМАН Александр Игоревич

ПАРОФАЗНЫЙ РОСТ МОНОКРИСТАЛЛОВ СОЕДИНЕНИЙ А"ву', ЛЕГИРОВАННЫХ ПЕРЕХОДНЫМИ МЕТАЛЛАМИ, ДЛЯ ЛАЗЕРОВ СРЕДНЕГО ИК ДИАПАЗОНА.

Специальность: 01.04.07 - физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

МОСКВА, 2008 г.

003454028

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН

Научные руководители:

кандидат физико-математических наук

кандидат технических наук

В.И. Козловский Ю.В. Коростелин

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук доктор физико-математических наук

И.И. Засавицкий В.Б. Цветков

Ведущая организация - Учреждение Российской академии наук Институт кристаллографии им. A.B. ШубниковаРАН

Защита диссертации состоится " { " $ 2008 года в часов на

заседании диссертационного совета Д 002.023.03 Учреждения Российской академии наук Физического института им. П.Н. Лебедева РАН по адресу: 119991, Москва, Ленинский проспект, 53.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан " Оу1-ТлЬрД 2008 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор физико-математических наук /" АХ^Шиканов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность. Данная работа направлена на решение фундаментальной проблемы создания малогабаритных, эффективных источников излучения в средней инфракрасной области спектра (2-5 мкм) для ИК спектроскопии высокого разрешения, высокочувствительных методов спектрального анализа, дистанционного зондирования атмосферы, ультракоротких импульсов, лазерной локации и медицинских применений [1, 2]. Наиболее востребованы лазеры со средней мощностью порядка 1 Вт.

Среди разрабатываемых лазеров данного диапазона следует упомянуть химические лазеры на газовых средах Ш7 и БР, но они имеют большие габариты и при их изготовлении используются токсичные вещества. Так же используются оптические параметрические генераторы, их основным минусом является импульсный режим работы. Существует твердотельный лазер на кристаллах однако его эффективность очень мала. В последнее время данная область также осваивается полупроводниковыми лазерами на основе Оа1п8ЬАз (с коротковолновой стороны) и каскадными лазерами (с длинноволновой). Но эти лазеры пока не позволяют получить высокую мощность.

Перспективным новым типом лазеров являются лазеры на кристаллах соединений А2В6, легированных ионами переходных металлов, которые впервые были предложенны в 1996 г. в Ливерморской лаборатории, в США. Существенным преимуществом лазеров данного типа перед другими является наиболее широкая перестройка длины волны генерации, высокая эффективность, надежность, простота и компактность.

Однако далеко не все возможности данного типа лазеров исчерпаны. Основные результаты достигнуты в основном на кристалле ZnSe.Gr. Хотя генерация достигнута и на некоторых других кристаллах, их характеристики еще не достаточно высоки. В основном используются кристаллы, полученные либо из расплава, либо путем твердофазной диффузией атомов переходных металлов через поверхность. Эти методы не позволяют получить однородные крупные кристаллы высокого оптического качества, что необходимо для реализации

предельных значений по мощности и эффективности непрерывной генерации, особенно в области 3-5 мкм.

Помимо лазерных применений кристаллы соединений А2В6 с примесью переходных металлов могут быть использованы в различных магнитооптических устройствах [3].

Цель работы. Данная диссертационная работа нацелена на развитие нового метода получения высококачественных кристаллов соединений А2В6 из паровой фазы с одновременным легированием переходными металлами непосредственно в процессе роста. Предполагалось, что с помощью этого метода удастся существенно улучшить качество известных кристаллов, на которых уже реализована генерация, и получить новые кристаллы, рост которых с помощью широко применяемых технологий не возможен или существенно затруднен. Конечной целью являлось существенное улучшение характеристики лазеров среднего ИК диапазона.

Для достижения поставленной цели, в ходе работы решались следующие основные задачи:

- создание технологии роста легированных монокристаллов из двух раздельных источников с сублиматами соединения А2В6 и халькогенида переходного металла;

- экспериментальное исследование зависимости концентрации примеси от температуры и температурного градиента, определение факторов, влияющих на однородность легирования;

- разработка методики температурных отжигов кристаллов для удаления преципитатов избыточного компонента;

- термодинамический анализ процесса массопереноса с целью оценки концентрации примеси в зависимости от параметров ростового процесса;

- выращивание монокристаллов 2п8е:Сг, 2п8е:Бе, С(18е:Сг, Сс18:Сг для лазеров, излучающих в средней ИК области спектра;

- исследование оптических характеристик полученных кристаллов в зависимости от условий роста;

- создание лазеров на основе полученных кристаллов и исследование их характеристик.

Научная новизна и практическая значимость работы состоит в том, что впервые на основе метода свободного роста из паровой фазы Маркова-Давыдова создана технология выращивания монокристаллов А2В6, легированных переходными металлами в процессе роста, для лазеров с оптической накачкой, излучающих в средней ИК области спектра. Наиболее значимыми результатами являются:

- предложенное теоретическое описание процесса массопереноса, которое позволило объяснить экспериментально полученные зависимости концентрации примеси от температуры и температурного градиента в процессе роста;

- результаты исследования факторов влияния на однородность распределения примеси в кристалле и предложения по оптимизации параметров ростового процесса с целью ее улучшения;

- первая реализация непрерывного режима генерации на кристаллах гпБе^е и Сё8е;Сг;

- получение впервые лазерного излучения на монокристалле СёБ:Сг. Основные положения, выносимые на защиту:

1. Разработанная технология выращивания из паровой фазы позволяет получать высококачественные монокристаллы соединений А2В6 с одновременным легированием атомами переходных металлов в процессе роста. В качестве источников целесообразно использовать халькогениды элементов второй группы и переходных металлов, пары которых смешиваются в зоне роста. Концентрация легирующей примеси изменяется соотношением диффузионных потоков исходных элементов путем применения специальной оснастки ростовой ампулы.

2. Разработанная технология температурных отжигов для кристаллов Сс18е:Сг, обеспечивает улучшение прозрачности кристалла в области лазерных переходов за счет удаления центров рассеяния и поглощения - преципитатов С<1 и уменьшения концентрации точечных дефектов донорного типа Сё,, которые

з

переводят часть ионов в нерабочее состояние Сг .

3. Проведенный термодинамический анализ массопереноса исходных элементов в ростовом эксперименте хорошо описывает экспериментальные результаты; объясняет наблюдаемый на опыте эффект уменьшения концентрации легирующей примеси с увеличением температурного градиента; подтверждает, что основной проблемой роста однородного кристалла является сильное различие в давлениях равновесных паров исходных соединений; показывает, что рост из раздельных источников: халькогенидов элементов второй группы и переходных металлов, - позволяет увеличить поток атомов легирующей примеси и уменьшить поток атомов основного материала.

4. Полученные монокристаллы ZnSe:Cr, ZnSe:Fe, CdSe:Cr, CdS:Cr достигают по объему 40 см3, имеют заданную концентрацию легирующей примеси в диапазоне от 1017 до 2Х1019 cm"3. Внутренние потери в этих кристаллах на длине волны генерации не превышают 0.07 см"1.

5. На основе выращенных монокристаллов достигается существенное улучшение характеристик лазеров среднего инфракрасного диапазона. Квантовая эффективность лазера Cr:ZnSe доводится до 87 % (длина волны 2.4 мкм). В лазере Fe:ZnSe при накачке короткими импульсами (50 не) генерация достигается при комнатной температуре. Диапазон перестройки длины волны генерации увеличивается с длинноволновой стороны до 5.05 мкм. Достигается непрерывная генерация (4.05 мкм, 0.16 Вт) при температуре жидкого азота. Кристалл ZnSe:Fe является эффективным пассивным затвором в лазере Er:YAG (2.94 мкм). На полученных кристаллах CdSe:Cr реализуется непрерывная генерация при комнатной температуре (2.62 мкм, 1.07 Вт), в импульсном режиме осуществляется перестройка длины волны в рекордно широком диапазоне 2,26-3,61 мкм. Генерация достигается и на новом кристалле CdS:Cr с перестройкой в диапазоне 2.2 - 3.3 мкм.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались автором на международных и национальных конференциях: 12-th Int. Conf. on II-VI Compounds, Warsaw, Poland, 12-16 September 2005; XII Национальная конференция

по росту кристаллов (НКРК-2006), Москва, Россия, 23-27 октября 2006 г.; Int. Workshop on Advanced Spectroscopy and Optical Materials, 13-17 July 2008, Gdansk, Poland.

Публикации. Перечень публикаций, раскрывающих основное содержание работы, содержит 22 печатных работы, в том числе 17 научных статей и 5 работ в материалах конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объем работы составляет 118 страниц, включая 59 рисунков, 5 таблиц и список литературы из 140 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность темы, отражена новизна и практическая значимость работы, сформулирована цель и задачи диссертации.

В первой главе дан обзор литературы по различным методам роста чистых и легированных монокристаллов соединений А2В6 и их твердых растворов. Для получения кристаллов легированных Сг для ИК лазеров в основном использовались две технологии. Первая основана на росте сразу легированных кристаллов из расплава с помощью известного метода Бриджмена [4]. Эти кристаллы обычно содержат неконтролируемые примеси и точечные дефекты с высокой концентрацией. Кроме того, им свойственно наличие различных структурных дефектов типа двойников, дислокаций, включений второй фазы, которые приводят к неоднородному распределению примеси по объему кристалла. При использовании этой технологии приходится использовать высокую концентрацию примеси, чтобы превысить фоновую концентрацию дефектов.

Вторая технология основывается на получении на первом этапе чистого кристалла из паровой фазы, с последующим его легированием путем твердофазной диффузии атомами Сг [5]. Кристаллы, полученные таким образом, сильно неоднородны и также имеют нежелательные дефекты высокой концентрации. Более того, этим методом значительно труднее получить высоко леги-

рованные монокристаллы с ионами Бе из-за существенно более низкого коэффициента его твердофазной диффузии.

Были предприняты попытки выращивания легированных кристаллов непосредственно из паровой фазы [5]. Однако не удалось достигнуть достаточно высокого уровня легирования и приемлемой однородности легирования по объему выращенного кристалла. Кроме того, малые размеры и низкое структурное совершенство кристалла не позволяли изготовить лазерные элементы [6]. Основной проблемой роста из паровой фазы легированного кристалла является существенное различие давление равновесных паров Сг и соединений А2В6. Аналогичная проблема возникала при росте некоторых твердых растворов соединений А2В6 [7]. Было показано, что состав твердого раствора можно изменять в широких пределах и поддерживать постоянным в процессе роста путем ограничения диффузионного потока легко летучего компонента. Основываясь на анализе литературы, в конце данной главы формулируются методы решения проблемы и задачи диссертационной работы.

Вторая глава посвящена описанию технологии выращивания легированных монокристаллов соединений А2В6, разработанной в данной работе. Приведено подробное описание экспериментального оборудования, подготовительных и общих технологических процедур. За основу разрабатываемой технологии был взят метод свободного роста из паровой фазы, впервые предложенный Давыдовым и Марковым и развитый в ФИАНе для выращивания монокристаллов 2п8, и твердых растворов на их основе [7, 8].

Свободный рост осуществляется путем массопереноса исходного материала, загруженного в виде сублимата в отсек источников, находящихся при высокой температуре, на монокристаллическую затравку, размещенную на пьедестале при более низкой температуре. При этом реализуются условия, при которых выращиваемый кристалл не касается стенок ампулы, а затравка не прирастает к пьедесталу.

Особенностями разработанной технологии являются: 1) использование двух раздельных источников: один заполнен сублиматом основного материала

б

кристаллической матрицы, а второй - лигатурой; 2) использование специально рассчитанной оснастки для регулировки соотношения потоков исходных элементов, что в конечном итоге влияет на концентрацию легирующей примеси; 3) использование в качестве лигатуры соединения переходного металла с халькогеном. Массоперенос осуществлялся физическим транспортом в гелии. Возможен так же и химический транспорт в водороде.

В главе представлены также технологии послеростовой обработки кристаллов, изготовления активных элементов лазеров, пассивных затворов и методики исследования физических параметров полученных кристаллов.

Более детально рассмотрены особенности выращивания монокристаллов 2п8е:Сг, ¿пБегРе, С(1Бе:Сг, Сс18:Сг. Наблюдаемое увеличение концентрации Сг в кристалле 7пБе:Сг с увеличением температуры роста объясняется уменьшением различия в парциальных равновесных давлениях паров над кристаллами СгБе и 1п5е. Этот способ ограничен температурой размягчения кварца, из которого выполнена ростовая ампула и оснастка. Другим эффективным способом управления концентрацией легирующей примеси является уменьшение массо-переноса основного материала путем использования особенностей оснастки, в частности диффузионных выпускных отверстий в источнике с сублиматом гпБе. На рис. 1 представлена зависимость средней концентрации примеси в кристалле 2п8е:Сг от площади диффузионных отверстий.

Хотя данная технология позволяет решить проблему однородности выращенных кристаллов, тем не менее существуют факторы, которые могут ухудшать эту однородность. На рис. 2 представлен профиль концентрации Сг вдоль направления роста одного из полученных кристаллов 2пБе:Сг. Неоднородность вблизи затравки связана с твердотельной диффузией атомов Сг в затравку, которая в данном эксперименте была выполнена из нелегированного гпБе. Увеличение концентрации Сг к концу ростового процесса обусловлено несколькими факторами. Основным фактором является уменьшение массопе-реноса основного материала за счет уменьшения температурного градиента в зоне роста.

Влияние различия температур источника и затравки на концентрацию легирующей примеси в кристалле изучено при выращивании 7,п5с:Ре. Увеличение этого различия от 30 К до 88 К привело к уменьшению концентрации Ре в 3.3 раза. Это уменьшение связано с увеличением массопереноса основного материала. Отмечается, что при легировании атомами Ре кристаллы 2п8е:Ре

4,0

3,0

за 2,0

V..

1,0......

О 10 20 30 40 50 60

Площадь диффузионных отверстий, мм2

к г и

<и З' X

4 6 8 10 12 14 Высота кристалла, мм

Рис. 1. Зависимость концентрации Рис. 2. Профиль концентрации Сг2+ Сг2+ в монокристалле 2п8е:Сг от вдоль направления роста для монокри-

площади диффузионных отверстий сталла 2п8е:Сг. основного источника.

более однородны чем в случае ZnSe■.Cr.

При росте кристаллов СёБе:Сг было изучено влияние на ростовой процесс замены лигатуры СгБе на лигатуру Сг28е3. Последняя имеет более высокое равновесное давление паров [9]. На рис. 3 представлено пропускание двух кристаллов Сё8е:Сг, полученных при использовании различной лигатуры. Более глубокий провал в спектре соответствует более высокой концентрации Сг при использовании источника с Сг28е3.

Второй особенностью роста СсйегСг является сильный сдвиг состава кристаллической матрицы в сторону избытка Сс1. Это приводит к увеличению потерь в области генерации лазерного излучения на выделениях второй фазы СсЗ. Для решения этой проблемы были разработаны послеростовые отжиги в

атмосфере Аг с навесками Сг28е3 при Т= 950 °С.

0,70,6—

-4--

±

0,7-1 0,&

-не отожж -отожж

1 2 3

Длина волны, мкм

4

0,0

1 2 3 4

Длина волны, мкм

Рис. 3. Сравнение спектров пропуска- Рис. 4. Сравнение спектров пропускания монокристаллов СёБе.'Сг, выра- ния отожженной и не отожженной щенных с использованием Сгёе и части монокристалла Сс18е:Сг. СггЗез в качестве источника примеси.

На рис. 4 приведены спектры пропускания исходного и отожженного образцов Сс18е:Сг. Отжиг приводит к существенного увеличению пропускания в области генерации 2.5-3.5 мкм. Аналогичные отжиги были использованы для кристаллов Сё8:Сг. Только благодаря этим отжигам были достигнуты высокие характеристики лазеров на этих кристаллах. В этой главе было также продемонстрирована возможность технологии в получении кристаллов различной формы.

На рис. 5 изображен впервые полученный спектр сечения излучения монокристалла С(18:Сг. Можно заметить, что как и в случае с Ссйе:Сг имеет место сдвиг полосы излучения в длинноволновую область по сравнению с 2п8е:Сг. Что в сочетании с хорошими оптическими и тепловыми свойствами данного материала открывает широкие возможности для его практического применения. На рис. 6 представлены фотографии ряда полученных кристаллов.

ZnSe:Cr

ZnSe'.Fe

2,0 2,5 3,0 3,5 Длина волны, мкм

: * ' ч -U. ;

Шмк Ь' b'i: i ä-ÄS

S У г- -у"

CdSe:Cr

CdS:Cr

Рис. 5. Сечение излучения от длины Рис. 6. Фотографии выращенных кри-волны для монокристалла Сс!8:Сг. сталлов.

В третьей главе представлена математическая модель процесса массо-переноса. В зоне загрузки идет реакция сублимации с образованием атомарного Ъп и молекулы 8е2. На поверхности затравки идет обратный процесс. 22и& = 2гк + &2 20& = 20ч-&2

Данные реакции характеризуются константами реакций. В зоне роста они связаны с равновесными парциальными давлениями следующим образом:

где aZnSe и aCrSe коэффициенты активности зависят от атомной концентрации Zn и Cr в твердом растворе (1 -X) и X соответственно, Tg - температура роста, а -параметр, учитывающий взаимодействие бинарных соединений при встраивании в решетку 3-х компонентного твердого раствора Zni_xCrxSe. Соотношение атомных концентраций в растущем кристалле равно соотношению потоков элементов, падающих на поверхность кристалла, которые в свою очередь пропорциональны разности истинного давления над поверхностью кристалла и равновесного давления.

Из условия сохранения массы переносимого вещества потоки элементов к поверхности кристаллизации равны диффузионным потокам и равны потокам

«R

сублимации в зоне источников. Расписывая эти потоки в предположении кристаллизации над затравкой и сублимации в источнике основного вещества в условиях минимального давления, и сублимации легирующего вещества при давлении халькогена, определяемом диссоциацией основного вещества, получаем в итоге формулу:

где М - фактор, определяемый геометрией оснастки, ростовой ампулы; £>сг и £>7п - соотношение коэффициентов диффузии атомов Сг и 2п в Не; Р - термодинамический фактор, зависящий от констант реакции для молекул Сгёе и 2пБе при температурах источника Т5 и в зоне роста То. Оценки концентрации Сг в 2п8е:Сг, выполненные с помощью проведенного анализа дают хорошее совпадение с экспериментальными данными. Данный анализ позволяет объяснить наблюдаемую зависимость концентрации ионов Ре в кристалле 2п8е:Ре от градиента температуры. В конце этой главе дается обоснования преимущества роста с использованием двух раздельных источников по сравнению с ростом из одного источника с предварительно легированным сублиматом.

Четвертая глава посвящена описанию лазерных экспериментов, осуществленных при использовании выращенных кристаллов. В лазере Сг2+:2пБе (Л — 2.4 мкм) была достигнута квантовая эффективность оптической накачки в 87 %, соответствующая лучшим мировым достижениям в лазере данного типа. Оптические потери в наших кристаллах не превышали 0.07 см'1.

Существенно были улучшены характеристики лазеров Ре2+:7п8е и Сг^Сс^е. При охлаждении кристаллов жидким азотом энергия в импульсе лазера Ее2+:гп8е была доведена до 130 мДж, что на четыре порядка, а дифференциальный КПД в пять раз, превышают значения, полученные ранее [10]. Эти результаты достигнуты за счет высокого качества кристалла. Из анализа энергетических характеристик, полученных при различных коэффициентах пропускания выходного зеркала, были проведены оценки сверху нерезонансных потерь в кристалле. Коэффициент потерь был меньше 0.024 см'1. Исследо-

вана температурная зависимость порога генерации лазера. Было установлено, что быстрый температурный рост обусловлен уменьшением времени жизни возбужденного верхнего уровня за счет безызлучательной многофононной релаксации. Впервые достигнута генерация при комнатной температуре при накачке короткими (50 не) импульсами лазера Ег:УАО (2.94 мкм), запущенного в режиме модулированной добротности с помощью также кристалла 2п8е:Ре но с меньшей концентрацией Ре. Эффективность генерации в этом режиме накачки была 13 % по вложенной энергии. В резонатор была помещена призма из СаР2 и достигнута перестройка длины волны генерации в диапазоне 3.95 -5.05 мкм (рис. 7).

0,4Г

з 0,3

Я

а

8-0,2 I

е.

| 0,1

а

о

X

со 0

к / N

/ / *, V > \ 4 • х >

1 1 1 1

3,9 4,1 4,3 4,5 4,7 4,9 5,1 Длина волны (мкм)

£ 1 I

I 0.6

г

к 0,4

га

I 0,2

><

о о

У

Поглощенная мощность (Вт)

Рис. 7. Перестройка спектра генера- Рис. 8. Зависимости выходной мощно-

ции Бе^пБе-лазера в дисперсион- сти непрерывного Сг2+:Сс18е-лазера (Л =

ном резонаторе при Г = 300 К в ре- 2.62 мкм) от мощности поглощенной

жиме коротких импульсов (50 не). накачки при Т= 300 К.

В лазере Сг2+:Сс18е аналогичным образом была достигнута перестройка в диапазоне 2.26 - 3.61 мкм. Лазер в этом случае накачивался импульсами излучения лазера Тш:УАР (Л = 1.94 мкм). Впервые был запущен лазер Сг2+:Сс18е в непрерывном режиме. Для накачки использовался туллиевый волоконный лазер (Л = 1.91 мкм). На длине волны 2.62 мкм мощность генерации составила 1.07 Вт при мощности поглощенной накачки 3 Вт (рис. 8). Этот лазер был далее использован в качестве накачки для получения непрерывной генерации в лазере Ре2+^пБе. При Т= 80 К была получена мощность 0.16 Вт с эффективно-

стью до 58 % от мощности поглощенного излучения накачки.

В конце главы описаны результаты эксперимента по первой реализации лазера на кристаллах Сс18:Сг. В импульсном режиме генерации эффективность по поглощенной энергии составила 39 %. Была осуществлена перестройка в диапазоне 2.2 - 3.3 мкм.

В заключении формируются основные результаты работы. Развита технология получения монокристаллов соединений А2-В6, легированных переходными металлами. Исследованы процессы выращивания и получены монокристаллы с ионами хрома и железа. Высокое качество полученных монокристаллов позволило использовать их в качестве активных сред перестраиваемых лазеров среднего ИК диапазона (2-5 мкм), работающих при комнатной температуре, и существенно улучшить их характеристики. К основным результатам работы можно отнести:

1. Разработана технология выращивания из паровой фазы высококачественных монокристаллов соединений А2В6 с одновременным легированием атомами переходных металлов в процессе роста. В качестве источников используются халькогениды элементов второй группы и переходных металлов, пары которых смешиваются в зоне роста. Концентрации легирующей примеси изменяется соотношением диффузионных потоков исходных элементов путем применения специальной оснастки ростовой ампулы.

2. Разработана технология послеростовых отжигов для кристаллов Сс18е:Сг, обеспечивающих улучшение прозрачности кристалла в области лазерных переходов за счет удаления центров рассеяния и поглощения - преципитатов Сс1 и уменьшения концентрации точечных дефектов донорного типа Сс!,, которые переводят часть ионов в нерабочее состояние Сг .

3. Проведен термодинамический анализ массопереноса исходных элементов в ростовом эксперименте. Показано, что основной проблемой роста однородного кристалла является сильное различие в давлениях равновесных паров исходных соединений. Рост из раздельных источников: халькогенидов элементов второй группы и переходных металлов, - позволяет увеличить поток атомов

легирующей примеси и уменьшить поток атомов основного материала. Проведенные расчеты хорошо описывают экспериментальные результаты. Объяснен наблюдаемый на опыте эффект уменьшения концентрации легирующей примеси с увеличением температурного градиента.

4. Получены крупные, с объемом до 40 см3, монокристаллы ZnSe:Cr, ZnSe:Fe, CdSe:Cr, CdS:Cr, с заданной концентрацией легирующей примеси в диапазоне от 1017 до 2х 1019 cm"3. Внутренние потери в этих кристаллах на длине волны генерации не превышают 0.07 см"1.

5. На основе выращенных монокристаллов существенно улучшены характеристики лазеров среднего инфракрасного диапазона. Квантовая эффективность лазера Cr:ZnSe доведена до 87 % (длина волны 2.4 мкм). Впервые получена генерация в лазере Fe:ZnSe при комнатной температуре в режиме коротких импульсов (50 не). Осуществлена перестройка длины волны в диапазоне 3.955.05 мкм. Достигнута непрерывная генерация при температуре жидкого азота (4.05 мкм, 0.16 Вт). Кристалл ZnSe:Fe успешно использовался как пассивный затвор в лазере Er:YAG (2.94 мкм). Впервые получена непрерывная генерация при комнатной температуре на кристаллах CdSe:Cr (2.62 мкм, 1.07 Вт), осуществлена перестройка длины волны в диапазоне 2,26-3,61 мкм. Впервые получена генерация на кристалле CdS:Cr с перестройкой в диапазоне 2.2 - 3.3 мкм.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1*. В.И. Козловский, Ю.В. Коростелин, А.И. Ландман, Ю.П. Подмарьков, М.П.

Фролов, Эффективная лазерная генерация на кристалле Cr2+:ZnSe, выращенном

из паровой фазы, Квантовая электроника, 33,408 (2003).

2*. A.A. Воронов, В.И. Козловский, Ю.В. Коростелин, А.И. Ландман, Ю.П.

Подмарьков, М.П. Фролов, Кратк. сообщ. по физике ФИАН, № 2,39 (2004).

3*. В.А. Акимов, В.И. Козловский, Ю.В. Коростелин, А.И. Ландман, Ю.П.

Подмарьков, М.П. Фролов, "Внутрирезонаторная лазерная спектроскопия с

использованием Cr2+:ZnSe лазера", Квантовая электроника, 34, 185 (2004).

4*. В.А. Акимов, В.И. Козловский, Ю.В. Коростелин, А.И. Ландман, Ю.П.

Подмарьков, М.П. Фролов, "Спектральная динамика внутрирезонаторного поглощения в импульсном Cr :ZnSe -лазере", Квантовая электроника, 35, 425 (2004).

5*. В.И. Козловский, Ю.В. Коростелин, А.И. Ландман, Ю.П. Подмарьков, М.П. Фролов, "Рост монокристаллов ZnSe:Cr из паровой фазы и реализация на их основе лазера на длине волны 2.45 мкм", Поверхность, № 9,26 (2004). 6*. В.А. Акимов, А.А. Воронов, В.И. Козловский, Ю.В. Коростелин, А.И. Ландман, Ю.П. Подмарьков, М.П. Фролов. Эффективный Ж лазер на кристалле ZnSe:Fe, плавно перестраиваемый в спектральном диапазоне 3.77-4.40 мкм, Квантовая электроника 34, 912 (2004).

7*. А.А. Воронов, В.И. Козловский, Ю.В. Коростелин, А.И. Ландман, Ю.П. Подмарьков, М.П. Фролов. Лазерные характеристики кристалла Fe:ZnSe в диапазоне температур от 85 до 255 К. Квантовая электроника, 35, 809 (2005). 8*. V.A. Akimov, М.Р. FroJov, Yu.V. Korostelin, V.I. Kozlovsky, A.I. Landman, Yu.P. Podmar'kov, A.A. Voronov, "Vapour growth of II-VI single crystals doped by transition metals for mid-infrared lasers", phys. stat. sol. (c), 3, 1213 (2006). 9*. A.A. Воронов, В.И. Козловский, Ю.В. Коростелин, А.И. Ландман, Ю.П. Подмарьков, В.Г. Полушкин, М.П. Фролов. Пассивный затвор на основе монокристалла Fe2+:ZnSe для модуляции добротности лазеров трехмикронного диапазона. Квантовая Электроника, 36,1 (2006).

10*. В.А. Акимов, В.И. Козловский, Ю.В. Коростелин, А.И. Ландман, Ю.П. Подмарьков, М.П. Фролов, "Эффективная лазерная генерация кристалла Fe2+:ZnSe при комнатной температуре", Квантовая электроника, 36,299 (2006). 11*. V.V. Fedorov, S.B. Mirov, A. Gallian, V.V. Badikov, M.P. Frolov, Yu.V. Korostelin, V.I. Kozlovsky, A.I. Landman, Yu.P. Podmar'kov, V.A. Akimov, A.A. Voronov, "3.77-5.05- (im Tunable Solid State Lasers based on Fe2+-doped ZnSe Crystals Operating at Low and Room Temperatures", IEEE J. Quantum electron., 42, 907 (2006).

12*. V.A. Akimov, M.P. Frolov, Yu.V. Korostelin, V.I. Kozlovsky, A.I. Landman, Yu.P. Podmar'kov, A.A. Voronov. "Efficient 3.8-4.4-fim tunable Fe:ZnSe laser",

Proc. SPIE, 6054, 58 (2006).

13*. V.A. Akimov, M.P. Frolov, Yu.V. Korostelin, V.I. Kozlovsky, A.I. Landman, Yu.P. Podmar'kov, A.A. Voronov. "Vapour growth of II-VI single crystals doped by transition metals for mid-infrared lasers". 12th Int. Conf. on II-VI Compounds, Warsaw, Poland, 12-16 September 2005, Progr. and abstracts, paper Thu-P-04, P.241. 14*. V.A.Akimov, M.P.Frolov, Yu.V.Korostelin, V.I .Kozlovsky, A.I.Landman, Yu.P .Podmar'kov, V.G.Polushkin, A.A.Voronov. "2.94 ¡im Er:YAG Q-switched laser with Fe2+:ZnSe passive shutter", Proc. SPIE, 6610, paper 661008 (2007). 15*. V.A. Akimov, M.P. Frolov, Yu.V. Korostelin, V.I. Kozlovsky, A.I. Landman, Yu.P.Podmar'kov, A.A.Voronov. "Room-temperature operation of a Fe2+:ZnSe laser", Proc. SPIE, 6610, paper 661009 (2007).

16*. B.A. Акимов, A.A. Воронов, В.И. Козловский, Ю.В. Коростелин, А.И. Ландман, Ю.П. Подмарьков, М.П. Фролов. "Рост монокристаллов ZnSe:Fe из паровой фазы и их применение в лазерах среднего ИК диапазона." Тезисы докладов XII Нац. конф. по росту кристаллов (НКРК-2006), Москва, Россия, 23-27 октября 2006 г., Ж РАН, 2006, С. 195.

17*. В.А. Акимов, В.И. Козловский, Ю.В. Коростелин, А.И. Ландман, Ю.П. Подмарьков, М.П. Фролов. "Монокристаллы CdSe:Cr: выращивание и применение в ИК лазерах." Тезисы докладов XII Нац. конф. по росту кристаллов (НКРК-2006), Москва, Россия, 23-27 октября 2006 г., ИК РАН, 2006, С.196. 18*. В.А. Акимов, А.А. Воронов, В.И. Козловский, Ю.В. Коростелин, А.И. Ландман, Ю.П. Подмарьков, М.П. Фролов. "Внутрирезонаторная лазерная спектроскопия с использованием Fe2+:ZnSe-na3epa". Квантовая электроника, 37, 1071 (2007).

19*. В.А.Акимов, В.И.Козловский, Ю.В.Коростелин, А.И.Ландман, Ю.П.Подмарьков, М.П.Фролов. "Лазерные характеристики кристаллов Cr:CdSe, выращенных из паровой фазы с одновременным легированием". V Конф. научно-образов. центра CRDF "Фундаментальные исследования материи в экстремальных состояниях", Сб. научн. тр., 22-26 января 2007 г., М., С. 33. 20*. В.А. Акимов, В.И. Козловский, Ю.В. Коростелин, А.И. Ландман, Ю.П.

Подмарьков, Я.К. Скасырский, М.П. Фролов. "Эффективная генерация Сг2+:Сс18е-лазера в непрерывном режиме". Квант, электроника, 37,991 (2007). 21*. В.А. Акимов, В.И. Козловский, Ю.В. Коростелин, А.И. Ландман, Ю.П. Подмарьков, Я.К. Скасырский, М.П. Фролов. "Эффективный импульсный Cr2T:CdSe-Jia3ep с плавной перестройкой длины волны в спектральном диапазоне 2.26-3.61 мкм". Квантовая электроника, 38, 205 (2008). 22*. В.А. Акимов, В.И. Козловский, Ю.В. Коростелин, А.И. Ландман, Ю.П. Подмарьков, Я.К. Скасырский, М.П. Фролов. Лазер на основе кристалла Cr2+-.CdS, перестраиваемый в спектральной области 2.2—3.3 мкм. Квантовая электроника, 38, 803 (2008).

Список цитируемой литературы.

1. П.Г. Крюков Квантовая электроника, 28, 186 (1999).

2. Ю.П. Подмарьков, H.A. Распопов, А.Н. Савченко, М.П. Фролов. Квантовая электроника, 28,186 (1999).

3. Lijuan Zhao, Bei Zhang, Qi Pang, Shihe Yang, Xixiang Zhang, Weikun Ge, Jian-nong Wang. Appl. Phys. Lett. 89, 092111 (2006).

4. M. J. Kozielski, J. Ciyst. Growth., 20,263 (1973).

5. R.H. Page, K.I. Schaffers, L.D. DeLoach, G.D. Wilke, F.D. Patel, J.B. Tassano,

5.A. Payne, W.F. Krupke, K.-T. Chen, A. Burger. IEEE J.Quantum.Electron., 33, 609 (1997).

6. C.-H. Su, S. Feth, M.P. Voltz, R. Matyi, M.A. George, K. Chattopadhyay, A. Burger, S.L. Lehoczky, J. Crystal Growth, 207,35 (1999).

7. Yu.V. Korostelin, V.l. Kozlovsky, A.S. Nasibov, P.V. Shapkin, J. Crystal Growth, 159,181 (1996).

8. A.A. Давыдов, B.H. Ермолов, C.B. Неустроев, Л.П. Павлова, Изв. АН СССР, Неорганические материалы, 28,42 (1991).

9. A.B. Зорин, Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук «Фазовые равновесия в системах Cd-Te, Zn-Se-Cr, Zn-Se-Co», M., 2003 г.

10. J.J. Adams, C. Bibeau, R.H. Page, D.M. Krol, L.H. Furu, S.A. Payne, Opt. Lett., 24,1720(1999).

Подписано в печать 30.10 2008 г.

Печать трафаретная

Заказ № 1075 Тираж: 60 экз.

Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru