Перенос энергии электронного возбуждения от ионов хрома к ионам неодима, тулия и гольмия в кристаллах скандиевых гранатов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ II А У К_

^ Г ИНСТИТУТ ОБЩЕЙ ФИЗИКИ '

•I

На правах рукописи

И.Т.Сорокина

Перенос энергии электронного возбуждения от ионов хрома к ионам

неодима, тулия и гольмия в кристаллах скандиевых гранатов

01.04.21- Лазерная физика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 1992

Работа выполнена в Институте общей физики (ИОФ) Россш ской Академии Наук

• Научные руководители: член-корр. РАН Щербаков И.А д.ф.м.н.,проф. Смирнов В.А.

• Официальные оппоненты: д.ф.м.н. Денкер Б.И., к.ф.м.н. Пак С.К.

• Ведущая организация: Институт ядерной физики МГУ

Защита состоится " ^ " 1992 года в часо

на заседании специализированного совета К 003.49.02 по защит диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук в № ституте общей физики РАН ( 117942, Москва, ул. Вавилова 38

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Институт общей физики РАН

Автореферат разослан » 5" " Ы^ОМА 1992г.

Ученый секретарь специализированного совета

кандидат физ.-мат. наук

Т.Б.Воля

1 Общая характеристика работы 1.1 Актуальность работы . (1|

В последние годы был достигнут заметный прогресс в области создания кристаллических лазерных систем как с ламповой, так и с диодной накачкой. Наряду с традиционными неодимовыми лазерами, область применения которых ограничена ближней ПК областью, широкое применение в науке, технике и медицине стали находить Тт3+-, Но3+- и Ег3+-лазеры среднего ИК-диапазона. При этом большой вклад в создание твердотельных лазерных систем повышенной эффективности, работающих в новых спектральных областях, внесли фундаментальные исследования физических процессов, происходящих между активными ионами, принадлежащими как к группе переходных металлов, так и к группе редкоземельных элементов (Т113+), а также процессов взаимодействия этих попов между собой.

Одной из важных задач квантовой электроники является целенаправленный поиск новых лазерных кристаллов, обладающих улучшенными спектрально-люминесцентными свойствами, а также новыми возможностями в качестве активных сред. В рамках этого поиска решающее значение имеет фундаментальное исследование процессов переноса энергии электронного возбуждения в многократно активированных кристаллах.

Во многих научных центрах как у нас, так н за рубежом, не угасает интерес к кристаллам скандиевых гранатов, в которых ио-

ны Сг3+ находятся в относительно слабом кристаллическом поле, что и определяет их хорошие донорные способности по отношению к ионам редкоземельных элементов. Способность скандиевых гранатов изоморфно замещать ионы основы как ионами группы переходных металлов, так и ионами редкоземельных элементов определила создание в последнее время лазеров на основе принципиально новых спектроскопических схем заселения верхнего лазерного уровня, включающих многостадийный перенос электронного возбуждения и взаимодействие различных типов ионов между собой. В связи с этим большое значение приобретает проблема определения механизмов постадийного переноса энергии в разных системах ионов, а также определения эффективности процессов переноса в кристаллах различных составов.

Таким образом, актуальность работы определяется, с одной стороны, необходимостью оптимизации различных параметров активных сред, а также режимов накачки и работы лазеров на их основе, и, с другой стороны, неисчезающим интересом к фундаментальным проблемам физики переноса энергии электронного возбуждения в неоднократно активированных лазерных кристаллах.

Целью настоящей работы являлось: выявление механизмов межионных взаимодействий в системах типа Сг3+ - ТЯ3+ , ТЯ3+ -ТЯ3+ а также Сг3+-Т113+-Т113+, установление общих закономерностей и отличий этих взаимодействий в различных скандиевых гранатах с ионами Сг3+, Ш3+, Ег3+, Тт3+ и Но3+; построение спек»>

троскопической модели заселения верхнего лазерного уровня в ряде новых активных сред на основе скандиевых гранатов; определение зависимости процессов взаимодействия активных ионов от режима работы лазера; оценка возможности использования исследованных кристаллов в качестве активных сред лазеров различных типов.

Научная новизна работы состоит в исследовании нового класса кристаллов-кристаллов твердых растворов алюмо-галлиевых гранатов, а также кристаллов гадолиний-скандий-алюминиевого (ГСАГ) и иттрий-скандий-алюминиевого (ИСАГ) гранатов, активированных ионами Сг3+ и И(13+ а также Но3+ и Тт3+, в которых имеет место эффективная передача энергии на верхние лазерные уровни этих ионов; установлении механизмов взаимодействия ионов Сг3+ с ионами Т113+, а также ионов ТЛ3+ между собой и выявлении особенностей этих взаимодействий, определении микроскопических констант постадийного переноса ээнергии в каждой из систем; установлении влияния различных режимов работы лазера па динамику заселения верхнего лазерного уровня Но3+; обнаружении возможности использования нового класса кристаллов твердых растворов алюмо-галлиевых гранатов для генерации ультракоротких импульсов и создании лазера, генерирующего рекордно короткие (для кристаллических активных сред с ионами ТЯ.3+) световые импульсы.

Практическая ценность работы заключается в установлении перспективности исследованных кристаллов скандиевых гранатов как активных лазерных сред, что подтверждено созданием ряда эффективных лазерных систем па их основе как с ламповой, так п с

селективной накачкой.

•ч»

Основные положения, выносимые на защиту

1. Механизмы переноса энергии от инов Сг3+ к ионам Тт3+

в кристаллах ГСАГ, ИСАГ и твердых растворов алюмо-галлиевы: гранатов.

2. В кристалле ГСАГ снятие запрета с перехода Мг—ионов Сг3+ при Т > 77К обусловлено преимущественно динамическим механизмом. Определена энергия нечетного колебания, снимающего запрет на этот переход.

3. Механизмы энергодвижения в кристалле ГСАГ:Сг,Но,Тт; результаты измерений констант постадийного переноса энергии от ионов хрома на верхний лазерный уровень ионов Но3+ в кристаллах ГСАГ, ИСАГ.

4. Установление областей времен и концентраций, в которых в кинетике заселения верхнего лазерного уровня 51г ионов Но3+ проявляется дисперсия вероятностей переноса энергии Тт—>Но. Определение микроскопических констант прямого и обратного переноса энергии между состояниями 5/7 Яо3+ и 3#4Тт3+ . Оценка соотношений микропараметров взаимодействий Тт3+ —► Тт3+ и Тт3+ -> Но3+ в кристалле ИСГГ.

5. Распределение возбуждений по состояниям 5/7 Но3+ и 3Щ Тт3+

при наличии дисперсии вероятностей переноса зависит от условий возбуждения. 4Í

6. Спектральные зависимости эффективного сечения коэффициента усиления па переходе bI-¡—»5/e Hos+ и Tm3+ в кристаллах ИСАГ, ИСГГ, ГСАГ.

7. Получение на длине волны 1.0G мкм рекордно коротких для кристаллических акивных сред с РЗ ионами световых импульсов, как демонстрация больших возможностей кристаллов твердых растворов алюмо-галлиевых гранатов, выявленных в ходе спектрально-люминесцентных исследований.

Апробация работы

Материалы диссертации докладывались на VI Всесоюзной конференции "Оптика лазеров" (Ленинград, 1990), VIII Всесоюзном совещании-семинаре "Спектроскопия лазерных материалов" (Краснодар, 1991), Международной конференции "Advanced Solid-State Lasers" (Santa Fe, USA, 1992), Международной конференции IQEC (Vienna, Austria,1992).

Публикации

Основные результаты диссертации опубликованы в 11 печатных работах, список которых приведен в конце автореферата.

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав,'"заключения и списка литературы; изложена страницах, из которых 2)6 составляют

рисунки, 3 - таблицы, 22. - библиография, включающая /?£наимено

2 Содержание работы

Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована цель работы, показана ее новизна и практическая значимость, изложены защищаемые положения, дано распределение материала по главам.

В первой главе содержится краткий обзор литературы по некоторым вопросам теории безызлучательного переноса энергии в твердых телах. Обращается внимание на различный характер взаимодействия в случае переноса энергии между широкополосными ионами переходных металлов и ионами редких земель РЗ (М — 4/ взаимодействие) и РЗ ионами между собой (4/—4/ взаимодействие). Принципиальное различие состоит в том, что в первом случае взаимодействуют электроны внешней незаполненной Зс/ оболочки ионов переходных металлов и внутренней незаполненной 4/ оболочки РЗ ионов, экранированной от внешнего кристаллического поля заполненными е- и р- электронными оболочками [12], а во втором случае - электроны только внутренних 4/— оболочек. Далее приводятся теории, хорошо описывающие подобные парные взаимодействия между активными ионами в лазерных кристаллах, в частности, те-

ория слабого некогерентного переноса энергии, впервые предложенная Ферстером для диполь-дипольного взаимодействия [13] и развитая Декстером на случай высших мультипольностей [14] и Галани-ным [15,16], а также теории сильного некогерентного [17] и сильного когерентного взаимодействий. Определены границы применимости , каждой из указанных теорий. Рассмотрены стадии протекания процессов переноса в рамках каждой теории. Особое внимание уделено прыжковому механизму переноса энергии [18]. Как частный случай рассмотрена модель сверхмиграции. Проведен сравнительный анализ данной модели сверхмиграции и модели ускоренной миграции в рамках теории "перколяции" [19, 20]. Кратко изложены кри-сталлохи'мические особенности кристаллов скандиевых гранатов с ионами хрома. Показано, что как с точки зрения получения наиболее оптимального энергетического зазора АЕ между уровнями 47г и 4Лг ионов хрома, так и с точки зрения получения близких к единице коэффициентов распределения активных ионов предпочтительными являются гранаты с большими параметрами решетки, например, скандиевые гранаты.

Проведен анализ современных экспериментальных работ по сенсибилизации люминесценции ионов Т113+ ионами Сг3+, по исследованию переноса энергии электронного возбуждения в системе Сг3+-Тт3+- Но3+ , а также по исследованию спектрально-люминесцентных свойств в новых разупорядоченных лазерных кристаллах, дан анализ кристаллохимических особенностей скандиевых гранатов. Первые работы в области спектроскопии разупорядоченных кристалли-

ческих активных сред выявили большие потенциальные возможности подобных кристаллов для создания компактных твердотельных лазерных систем, способных генерировать сверхкороткие световые импульсы. Большой интерес в мире к подобным системам стимулировал, в частности, и исследования, проведенные в рамках настоящей работы.

Во второй главе обосновывется выбор объектов исследований: ГСАГ, ИСАГ, ИСГГ а также кристаллов твердых растворов алюмо-галлиевых гранатов с ионами Cr3+, Nd3+, Ег3+, Тт3+ и Но3+. Обсуждается выбор составов этих кристаллов с точки зрения кристало-химических особенностей и ряда технологических факторов с целью определения их пригодности в качестве активных сред различных лазеров одно- и двухмикронного диапазонов как с ламповой так и с селективной накачкой.

Приводятся основные параметры экспериментальных установок. Для спектроскопических исследований использовались спектрофотометры СФ-8, СФ-20, спектрометр СДЛ-1, монохроматоры МДР-2, МДР-12. Для кинетических и спектрально-люминесцентных исследований при низких температурах применялся прокачной крио-стат CF-104 фирмы "Oxford Instruments". Кинетические измерения в широком спектральном диапазоне проводились на установках, где в качестве источника возбуждения использовались: вторая гармоника лазера на основе ИАГ:Ш3+ типа ИЗ-25 (А=532 нм, taMn ~ 20 не), рубиновый лазер (А=693 нм, tUMn < 150 не), криптоновый лазер (А=647 нм, Ртаг= 3,5 Вт), а для регистрации применялись моно-

хроматоры МДР-2, МДР-12, двойной (75 см) монохроматор фирмы "ЗаггеН-АвЬ", осциллографы типа С1-83, ,1(39-8, а также высокоскоростной цифровой осциллограф "ЬеСхоу-9541" при изучении процессов быстрого переноса энергии. Для проведения экспериментов по резонансному возбуждению ионов Тт3+ и изучению взаимодей-• ствий в системе ионов Тт3+ - Но3+ была собрана установка, где в качестве источника возбуждения применялся лазер на стекле с Ег3+ (Аге1( = 1,54 мкм, «5 мкс), а для регистрации - запоминающий цифровой осциллограф С9-8. Эксперименты по исследованию взаимодействий возбужденных ионов Тт3+ и Но3+ при мощной накачке криптоновым лазером, а также эксперименты, связанные с генерацией ультракоротких импульсов, были проведены в Отделе квантовой электроники и лазерной техники Технического университета Вены. Для получения предельно коротких лазерных пмпульсов на ра-зупорядоченных кристаллах твердых растворов алюмо-галлиевых гранатов использовалась схема пассивной самосинхронизации мод в резонаторе, имеющем вид нелинейного интерферометра Майкельсо-на.

Изложены методики численной обработки экспериментальных данных.

В третьей главе рассматриваются донорные возможности ионов хрома относительно ионов редкоземельных элементов Ыс13+, Тт3+ в исследованных кристаллах (ГСАГ, ИСАГ, ИСГГ, ГСАГ:11СГГ, ГСАГ:ГСГГ). Хорошие донорные способности иона Сг3+ в этих кри-

сталлах определяются тремя основными факторами. Во-первых, строение его электронной оболочки таково, "Что благодаря отсутствию экранировки оболочки Ы взаимодействие иона с внешним кристаллическим полем соизмеримо со взаимодействием электронов оболочки между собой. Таким образом, электрон-фононное взаимодействие ведет к сильному однородному уширению энергетических уровней (в частности, уровня 4Гг). Во-вторых, согласно диаграмме энергетических уровней Зй-комплекса в октаэдрическом кристаллическом поле, предложенной Танабе-Сугано [21], уменьшение силы кристаллического поля ведет к уменьшению энергетического зазора между уровнями и 2Е. В исследованных скандиевых гранатах величина Д£? оказалась < кТ, что обуславливает эффективное заселение уровня 4Гг. В-третьих, полосы люминесценции ионов хрома хорошо перекрываются с полосами поглощения РЗ ионов в исследованных кристаллах. Все это определяет эффективный перенос энергии от ионов хрома на РЗ ионы с квантовым выходом ~ 0,8 — 0,9. Установлено, что при типичных лазерных концентрациях механизм взаимодействия является диполь-дипольным, и при небольшой концентрации ионов хрома 1 •1020с«~3) носит статический характер, а при повышении концентрации - миграционно-ускоренный. При относительно больших концентрациях акцепторов вступают в силу более сильнодействующие механизмы. Показано, что наблюдаемый "быстрый перенос" в кинетике акцептора в случае ионов Кс13+ в кристалле ГСАГ хорошо описыватся моделью мгновенного переноса на 3 ближайшие координационные сферы. Анализ концентрационной

серии кинетик ионов хрома в присутствии ионов Ег3+ (и аналогично - в присутствии ионов Тт3*) в кристалле ИСГГ, записанных с высоким временным разрешением (2 нс/точку), показал, что доля быстро передаваемых хромом па ионы Ег3+ возбуждений пропорциональна вероятности нахождения хотя бы одного акцептора в бли-' жайшем окружении иона Сг3+ и резко возрастает с увеличением концентрации акцепторов. Таким образом, показано, что "быстрый перенос" происходит на ближайшие координационные сферы хрома. При этом перенос на дальние координационные сферы носит преимущественно диполь-дипольный характер а на ближние - более короткодействующий характер. Определены микроскопические константы диполь-дипольного взаимодействия Сг —» N(1 и Сг—» Тт в исследованных кристаллах.

Проведены измерения интегрального поглощения, ширины, положения максимума и максимального коэффициента поглощения на переходе 4Лг—»4Гг> а также времени жизни возбужденного состояния (4Тг ? Е) ионов Сг3+ и вероятности донор-акцепторного взаимодействия Сг3+—>Кс13+ в кристалле ГСАГ. Показано, что исследуя спектры и температурные изменения вероятностей переходов, можно судить об эффективности различных механизмов снятия запрета по четности на переходы внутри ¿-оболочки ионов Сг31". В частности, в кристалле ГСАГ доминирующим оказался "динамический" механизм снятия запрета [22]. Определена энергия колебания, снимающего запрет. Л-лилия при низких температурах оказалась

сильно неоднородно уширенной, а характерный вид спектра с ее фо-нонными повторениями свидетельствует об отличной от идеальной стехиометрии кристалла.

В четвертой главе приводятся результаты исследований спектрально-люминесцентных свойств кристаллов ГСАГ, ИСАГ, ИСГГ, ГСАГ:ИСГГ, активированных ионами Сг3+, Тт3+ и Но3+. Показано, что в указанных кристаллах реализуется схема энергодвижения с разделением функций рабочих частиц и осуществляется эффективный перенос энергии в каждой из стадий. В кристаллах ГСАГ и ИСГГ измерены микроскопические константы переноса Соа (Тт3+—>Тт3+), константа кроссрелаксации к и эффетивность крос-срелаксации ц. Также измерены микроскопические константы переноса энергии Но-+Тм Сол (Но3+-+Тм3+) и СОА (Тт3+-»Но3+), с делана оценка соотношения С во (Тт3+—>Тт3+) и Сол (Тт3+—>Но3+) в кристалле ИСГГ.

Экспериментальные исследования кинетик заселения уровней 3Щ тулия и 5гольмия при резонансном дельта-возбуждении как в полосы поглощения одних ионов, так и других, в широком диапазоне концентраций активных ионов, дали информацию о том, при каких концентрациях, какие процессы превалируют. Так, например, количественный анализ формы кинетик и концентрационных зависимостей эффективных скоростей показал, что при концентрации ионов Тт3+ больше 15*1020 см _3 перенос энергии носит более упорядоченный характер, чем при малых концентрациях ионов Тт3+ и, как следствие, хорошо описывается кинетическими уравнениями

юстоянными скоростями. При понижении концентрации начи-:т вносить вклад дисперсия скоростей^переноса. Перенос носит грационпо-ускоренный характер. Оказалось, что определенное во м диапазоне концентраций двумя независимыми методами отно-ние населенностей ионов Но3+ и Тт3 ¥ при дельта-возбуждении с >влетворитсльной точностью описывается соотношением [23]

"Яо _

ПТт Нтт

' пц0,птт - населенности ионов Но3+ и Тт3+, N¡¡0, Итт - их поле концентрации, Э - константа отношения скоростей прямого п-+Но) и обратного (Но—»Тт) переноса энергии. Полученное :им образом 9 согласуется с теоретически и экспериментально »еделенным отношением скоростей прямого и обратного переноса ргии. При этом оказалось, что в области больших концентраций [ов Тт3+ скорость обратного переноса превышает скорость пря-о переноса энергии. Все это указывает на достаточно хорошее юлнение условий сильного некогерентного взаимодействия. Динамика заселения и релаксации верхнего лазерного уровня 5/7 + и уровня 3#4 Тт3+ в кристалле ИСГГ изучалась также при ичии взаимодействия возбужденных ионов Но3+ и Тт3+ при разных по длительности и мощности импульсах воздуждающего га, моделирующих как ламповую, так и диодную накачку. Уста-лена нелинейная зависимость населенностей уровня 5/7 Но3+ и от плотности возбуждающего излучения, что согласуется 1] и указывает на эффективно протекающие процессы взаимодей-

ствия ионов Но3+ и Тт3+ в возбужденных состояниях. Установлены условия, при которых процессы взаимодействия возбужденных ионов влияют на соотношения населенностей уровней 5/7 Но3+ и Тш3+, приводя к заметному относительному уменьшению населенностей верхнего лазерного уровня 6/7 Но3+. В частности, обнаружена непропорционально сильное влияние апконверсионных процессов на максимальную населенность ионов Но3+ при более коротких импульсах накачки по сравнению с более длинными. Обнаружен также эффект сдвига максимума люминесценции ионов Но3+ с увеличением плотности мощности накачки.

Полученные результаты могут быть полезными при оптимизации концентраций активных ионов, а талсже режимов работы голь-миевых лазеров, работающих как при ламповой, так и при диодной накачке.

В пятой главе речь идет о свойствах исследованных кристаллов редкоземельных скандиевых гранатов различных составов как активных сред лазеров одно- и двухмикронного диапазонов спектра.

Результаты спектрально-люминесцентных исследований показали перспективность кристаллов ГСАГ и ИСАГ с хромом и неодимом для создания на их основе импульсных лазеров с ламповой накачкой с высокой средней мощностью. Впоследствии такие лазеры были реализованы. На кристалле ГСАГ:Сг3+^с13+ была достигнута средняя мощность «100 Вт в режиме свободной генерации. К.П.Д. составил 3,3% [25]. Кроме того, в выращенных при определенных

условиях кристаллах ГСАГ было обнаружено дополнительное поглощение в области лазерного перехода ионов Ш3*, связанпое с наличием ионов Сг4+ в тетраэдрических позициях. Это позволяет использовать такие кристаллы в качестве пассивных затворов, а также для генерации в режиме автомодуляции добротности.

В отличие от обычных скандиевых гранатов, кристаллы твердых растворов алюмо-галлиевых гранатов (с общей формулой ГСАГ1_г:ИСГГ ГСАГ1 :ГСГГг) с хромом и неодимом оказались перспективными не только для работы в режиме ламповой накачки, но и в режиме диодной накачки, и в режиме синхронизации мод. Помимо хороших ростовых, физико-химических и спектрально-люминесцентных свойств, данные кристаллы обладают преимуществом непрерывного изменения состава матриц во всем диапазоне замещения, что позволяет оптимизировать спектрально-люминесцентные параметры активной среды в зависимости от применения в том или ипом типе лазеров. При этом оказывается возможным, в частности, направленным образом изменять положение и ширину линии люминесценции в области 1,06 мкм.

Исследования люминесценции в области 1,06 мкм показали, что ширина линии лазерного перехода больше, чем в кристаллах ГСАГ, ГСГГ, ИСГГ и намного больше, чем в кристалле НАГ. Таким образом, представляло интерес получить генерацию ионов неодима с синхронизацией мод. Была реализована схема пассивной самосинхронизации мод в режиме непрерывной генерации с компенсацией дисперсии групповой скорости, позволившая получить рекордно ко-

роткие для кристаллических сред с РЗ ионами световые импульсы (<0,5 пс). Полученные импульсы не несут ^фазовой модуляции и являются спектрально-ограниченными, и, таким образом, хорошо подходят для использования в качестве затравки для дальнейшего усиления. При частоте следования импульсов ~65 МГц и мощности накачки 1,4 Вт (752 нм и 799 нм) выходная мощность лазера составила «180 мВт.

Проведенные спектрально-люминесцентные исследования показали также перспективность кристаллов ГСАГ, ИСАГ и ГСАГ:ИСГГ для получения генерации в двухмикронной области спектра. Были построены спектры коэффициентов усиления в области 2 мкм при различных уровнях накачки. Показано, что, в частности, в кристалле ИСАГ положительное усиление достигается при населенности верхнего лазерного уровня ионов Но3+ ~15%, причем в высокодобротных резонаторах генерация ожидается на А = 2,118 мкм, в то время как в системах с большим пропусканием выходного зеркала генерация будет всегда иметь место на А = 2,082 мкм. Предварительные генерационные испытания показали, что по выходным характеристикам кристалл ИСАГ не уступает кристаллу ИСГГ [9], а по своим термооптическим свойствам, так же, как и кристалл ГСАГ, превосходит кристаллы ИСГГ и ГСГГ, что позволит работать с более высокой частотой повторения импульсов [26].

3 Заключение

.'1:1

На основе проведенных исследований можно сделать следующие основные выводы:

1. Показано, что при концентрациях ионов Ш3"*" и Тт3+ более 1 • Ю20сл~3 и 2 • 102Осл«~3 соответственно, в кристаллах ГСАГ, ИСАГ, ГСАГгИСГГ, ГСАГ:ГСГГ имеет место быстрый и эффективный перенос энергии от ионов хрома к ионам неодима и тулия.

2. Установлены механизмы переноса энергии между ионами Сг3+ и ионами Ыс13+ в исследовапных кристаллах..

3. Установлено что при Т > 77К преобладает динамический механизм снятия запрета на внутриконфигурационный электро-дипольный переход 4Лг—»4Гг ионов хрома в кристалле ГСАГ. Определена энергия нечетного колебания, снимающего запрет на этот переход.

4. Установлены механизмы постадийного переноса энергии в системе Сг, Тт, Но в исследованных кристаллах. Измерены микроскопические константы переноса энергии от ионов хрома на верхний лазерный уровень 5/7 ионов Но3+.

5. Показано, что при наличии дисперсии вероятностей переноса энергии между состояниями 5/7 ионов Но3+ и ионов Тт3+ в кристалле ИСГГ распределение возбуждений между этими

состояниями зависит от длительности и интенсивности возбуждения.

•ч»

V

6. Установлена связь между соотношением вероятностей элементарных актов прямого и обратного переноса энергии между состояними 3Я4 Тт3+ и 5/7 Но3+ и населенностями этих состояний при импульсном резонансном позбуждении.

7. Определены спектральные зависимости эффективного сечения коэффициента усиления на переходах —► Но3+ и 3Щ —> 3Я6 Тт3+ в кристаллах ИСАГ, ИСГГ, ГСАГ.

8. Получены рекордно короткие на сегодняшний день для кристаллических активных сред ультракороткие импульсы на дли не волны 1,06 мкм на кристаллах твердых растворов алюмо-галлиевых гранатов.

Основные работы автора по теме диссертации

[1] Денисов A.JI., Жариков Е.В., Загуменный А.И., Калитин С.П., Ногинов М.А., Остроумов В.Г., Смирнов В.А., Сорокина И.Т., Щербаков H.A. Сенсибилизация люминесценции ионов неодима ионами хрома в кристаллах гадолиний-скандий-алюминиевого граната, - Препринт ИОФАН N 350, 1986. Доклады АН СССР, 1988, т. 299, N 6, стр. 1371-73.

[2] Алпатьев A.H., Жариков Е.В., Калитин С.П., Лаптев В.В., Остроумов В.Г., Прохоров A.M., Саидов З.С., Смирнов В.А., Сорокина И.Т., Умысков A.A.,Щербаков И.А. - Генерация ионов гольмия на переходе 5/7 —»5/g при комнатной температуре в кристалле иттрий-скандий-алюминиевого граната, с ионами хрома, тулия и гольмия (ИСГГ:Сг3+, Но3+, Тт3+), - Препринт ИОФАН N 26, 1986. Квантовая электроника, 1986, т. 13, N 10, стр. 2127-29.

[3] Аванесов А.Г., Данилов A.A., Денисов А.Л., Жариков Е.В., Загуменный А.И., Кузьмин О.В., Никольский М.Ю., Остроумов В.Г., Писаренко В.Ф., Прохоров A.M., Смирнов В.А., Сорокина И.Т., ,Тумаев Е.В., Щербаков И.А. Кристаллы иттрий-скандий алюминиевого граната с хромом и неодимом как материал для

активных сред твердотельных лазеров, - Препринт ИОФАН N 130,1987. Доклады АН СССР, 1987, т. 295, N 5, стр. 1098-1101.

[4] Денисов A.JL, Жариков Е.В., Загуменный А.И., Калитин С.П., Ногинов М.А., Остроумов В.Г., Прохоров A.M., Смирнов В.А., Сорокина И.Т., Щербаков И.А. Спектрально-люминесцентные свойства новой активной среды - кристалла гадолиний-скандий-алюминиевого граната, активированного хромом и неодимом, - Препринт ИОФАН N 123,1987. Известия АН СССР, сер. физ., 1988, т. 52, N 8, стр. 36 - 341.

[5] Алпатьев А.Н., Денисов A.JL, Жариков Е.В., Загуменный А.И., Зубенко Д.А., Калитин С.П., Лутц Г.Б., Ногинов М.А., Руста-мов И.Р., Саидов З.С., Смирнов В.А., Сорокина И.Т., Умысков А.Ф., Щербаков И.А. 2-мкм лазеры на кристаллах скандиевых гранатов с хромом, - Тезисы докладов VI всесоюзной конференции "Оптика лазеров" (Ленинград, 2-7 марта 1990).

[6] Винтнер Э., Крауз Ф., Ногинов М.А., Смирнов В.А., Сорокина И.Т., Шпильманн К., Щербаков И.А. Взаимодействие ионов Но3+ и Тт3+ в кристалле ИСГГ:Сг3+, Но3+, Тш3+ при мощном селективном возбуждении, - Препринт ИОФАН N 61,1991. Laser Physics 1992,vol.2,No2.,pp.l38-141..

[7] Жариков E.B., Загуменный А.И., Лутц Г.Б., Смирнов В.А., Сорокина И.Т., Умысков А.Ф., Щербаков И.А. Спектрально-люминесцентные свойства нового класса активных сред -

кристаллов твердых растворов сканриисодержащих алюмо-галлиевых гранатов активированных хромом и неодимом, - Тезисы докладов VIII Всесоюзного совещания-семинара "Спектроскопия лазерных материалов", Краснодар, 1991, стр. 48.

[8] Zharikov E.V., Zagumennyi A.I., Lutts G.B., Smirnov V.A., Sorokina I.T., Shcherbakov I.A. New Laser Crystals - Solid solutions Based on Scandium-Containing Aluminum-Gallium Garnets Doped with Chromium and Neodymium, - Laser Physics, 1991, vol. 1, No. 2, pp. 216 - 219.

[9] Lutz G.B., Noginov M.A., Shcherbakov I.A., Smirnov V.A., Sorokina I.T., Tzvetkov V.B., Zagumennyi A.I., Zharikov E.V., Zubenko D.A. New promising low Sc3+ content garnet YSAG:Cr3+,Ho3+,Tm3+ for 2 цт lasers, - Advanced Solid State Lasers, Technical digest, 1992, Feb. 17-19, Santa Fe, NM, USA, paper ME7-1, pp. 97-99.

[10] Wintner E., Brabec Th., Curley P., Fermann M.E., Haberl F., Hofer M., Krausz F., Ober M., Sorokina I., Sorokin E., Spielmann Ch., Zehetner H., Schmidt A.J. Femtosecond Neodymium Bulk and Fiber Lasers, - invited paper on IQEC 1992.

[11] Ober M.H., Sorokin E., Sorokina I., Krausz F., Shcherbakov I.A. Subpicosccond Mode-Locking of a Nd3+-doped Garnet Laser, -submitted to Optics Letters.

Список литературы

ч.

[12] Dieke G.H. Spectra and Energy Levels of Rare-Earth Ions in Crystals, - NY.: Intcrscience Publ., 1968.

[13] Förster Th. Zwischenmolckulaie Energiewanderung und Fluoreszenz, - Annalen der Physik, 1948, Bd. 2, S. 55-75. Förster Th. Experimentelle und theoretische Untersuchuhg des Zwischenmolekularen Übergangs von Electronenanregungsenergie, - Z. für Naturforschung, 1949, Bd. 4, S. 321-327.

[14] Dexter D.L. A theory of sensitized luminescence in solids, - J. Chem. Phys., 1953, vol. 21, no. 5, p. 835-850.

[15] Галанин М.Д. Резонансный перенос энергии возбуждения в лю-минесцирующих растворах, - Труды ФИАН, 1960, т. 12, с. 3-35.

[1С] Агранович М.Д., Галанин М.Д. Перенос энергии электронного возбуждения в конденсированных средах, - М.: Наука, 1978, 383 с.

[17] Агабекян A.C. Перенос энергии при сильном некогерентном взаимодействии, - ЖПС, 1981, т. 34, N 4, с. 707-711.

[18] Бурштейн A.II. Прыжковый механизм передачи энергии, -ЖЭТФ, 1972, т. 62, N 5, с. 1965-1701.

[19] Brenier A., Rubin J., Moncorge R.,rjPedrmi C. Excitcd-state dynamics of the Tm3+ ions and Tm3+—»Ho3+ energy transfers in LiYF4) - J. Phys. France, 1989, vol. 50,'p. 1463-1482.

[20] Shante V.K.S., Kirkpatrick S. An introduction to percolation theory, - Adv. Phys., 1971, vol. 20, p. 325-357.

[21] Tanabe Y., Sugano S. On the absorption spectra of complex ions I, II, - J. Phys. Soc. Japan, 1954, vol. 9, p. 753-766, 766-780.

[22] Герловин И.Я. Взаимодействие электронных состояний трехвалентного иона хрома с нечетными колебаниями кристаллического окружения, - Опт. и спектр., 1977, т, 43, вып. 5, с. 896.

[23] Зубенко Д.А., Ногинов М.А., Семенков С.Г., Смирнов В.А., Щербаков И.А. Процессы межионных вззаимодействий в лазерных кристаллах ИСГГ:Сг,Тш и ИСГГ:Сг,Тш,Но, -

[24] Noginov М.А., Semenkov S.G., Shcherbakov I.A., Smirnov V.A., Zubenko D.A. - Conf. on Advanced Solid State Lasers, Technical digest, 1991, p. 127-129.

[25] Данилов A.A., Денисов A.JI., Жариков E.B., Загуменный А.И., Лутц Г.Б., Никольский М.А., Цветков В.Б., Щербаков И.А. Лазер на основе кристалла гадолиний-скандий-алюминиевого граната с хромом и неодимом, - Квантовая электроника, 1988, т. 15, стр. 1760-1761.

[26] Алпатьев А.Н., Жариков Е.В., Загуменный А.И., Зубенко Д.А., Загуменный А.И., Лутц Г.Б., Ногинов -М.А., Смирнов В.А., Умысков А.Ф., Щербаков И.А. Гольмиевый лазер (А = 2,09 мкм) на кристалле ГСАГ:Сг3+,Но3+,Тш3+, работающий при комнатной температуре, - Квантовая электроника, 1989, т. 16, N 11, стр. 2176-2178.