Спектрально-люминесцентные и генерационные свойства кристаллов натрий-лантан (гадолиний) молибдатов и вольфраматов, активированных ионами Tm3+ тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи <ЧлО/Л(М —

БОЛЬЩИКОВ ФЕДОР АЛЕКСАНДРОВИЧ

СПЕКТРАЛЬНО-ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ И ГЕНЕРАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА КРИСТАЛЛОВ НАТРИЙ-ЛАНТАН (ГАДОЛИНИЙ) МОЛИБДАТОВ И ВОЛЬФРАМАТОВ, АКТИВИРОВАННЫХ ИОНАМИ Тт3+

01.04.07 - физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Н. Новгород 2010

1 1 МАР 2010

003493341

Работа выполнена в Мордовском государственном университете им. Н.П. Огарева

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: Рябочкина Полина Анатольевна

кандидат физико-математических наук, доцент,

МГУ им. Н.П. Огарева, г. Саранск

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: Попова Марина Николаевна

Горшков Олег Николаевич

Ведущая организация:

доктор физико-математических наук, профессор,

Институт спектроскопии РАН, г. Троицк

кандидат физико-математических наук, доцент,

НИФТИ при ННГУ

им. Н.И Лобачевского, г. Н. Новгород

Институт общей физики

им. A.M. Прохорова РАН, г. Москва

Защита диссертации состоится «24» марта 2010 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.166.01 при Нижегородском государственном университете им. Н.И. Лобачевского по адресу: г. Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23, корп. 3.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ННГУ им. Н.И Лобачевского.

Автореферат разослан « /& » февраля 2010 г.

Отзывы направлять по адресу: 603950 Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23, корп. 3.

Ученый секретарь диссертационного совета /") ^

доктор физико-математических наук, /

профессор ( / / А.И. Машин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТ

Актуальность темы

Кристаллы и стекла, активированные ионами Тш3+ (переход 3Р4—>3Н6) выступают в качестве активных сред для создания лазеров двухмикронной области спектра, которые используются в медицине, системах дистанционного зондирования атмосферы, при проведении научных исследований. Эффективность лазерной генерации в различных кристаллах, активированных ионами Тт3+, во многом определяется процессом кросс-релаксации между ионами Тт3+ (3Н4—+Зр4, 3Н6—>3Р4), который обеспечивает эффективное заселение верхнего лазерного уровня 3Б4 ионов Тт3+ с квантовой эффективностью равной 2. Двухмикронная лазерная генерация на переходе 3Р4—>3Нб ионов Тт3+ в кристаллах ИАГ:Сг, Тт и ГСГГ:Сг, Тт при таком способе заселения уровня 3Р4 в условиях широкополосной ламповой накачки впервые была получена авторами [1].

В настоящее время для накачки твердотельных лазеров широкое распространение получила полупроводниковая лазерная накачка. В условиях лазерной полупроводниковой накачки двухмикронная лазерная генерация получена на кристаллах УАО:Тт, УА10з:Тт, которые характеризуются высокими термомеханическими параметрами, что обеспечивает их привлекательность в качестве активных лазерных сред. Наряду с кристаллами УЛО:Тш и УА10з:Тш двухмикронная лазерная генерация получена на кристаллах УУО^Тт и УЫ-УГт и в ряде других кристаллических матриц.

В то же время представляет интерес получение двухмикронной генерации на переходе 3Р4—*3Нб ионов Тт3+ в кристаллах с разупорядоченной кристаллической структурой, активированных редкоземельными (РЗ) ионами. Широкие полосы поглощения РЗ ионов активаторов, вследствие разупорядоченности кристаллической структуры данных материалов, способствуют эффективному преобразованию энергии лазерной

полупроводниковой накачки, обеспечивая меньшую критичность к спектральным вариациям источников накачки. Широкие полосы люминесценции ионов активаторов обеспечивают возможность перестройки длины волны лазерного излучения и получение генерации в режиме синхронизации мод.

К кристаллам с разупорядоченной кристаллической структурой относятся кристаллы шеелитоподобных двойных вольфраматов и молибдатов. В соединениях такого класса существует возможность изменения параметров кристаллической решетки в широких пределах без изменения типа кристаллической структуры, что позволяет найти матрицу, в которой характер спектров поглощения и излучения активных ионов привел бы к максимальной эффективности преобразования энергии накачки в энергию излучения. Обладая большой изоморфной емкостью, вольфраматы и молибдаты редкоземельных элементов при их активации другими РЗ ионами, часто образуют непрерывный ряд растворов замещения. Это позволяет вводить в эти соединения примеси РЗ ионов в широком диапазоне концентраций от 0 до 100 %.

В настоящее время в научной литературе имеются работы по исследованию спектрально-люминесцентных и генерационных свойств кристаллов шеелитоподобных натрий-лантан (гадолиний) вольфраматов [27] и молибдатов [8—11], активированных ионами Тт3+. Однако в научной литературе нами не обнаружены работы по исследованию спектрально-люминесцентных и генерационных свойств кристаллов натрий-лантан (гадолиний) смешанных шеелитободобных вольфраматов и молибдатов с вариацией состава Ьа-вс!, активированных ионами Тш3+. Исследование концентрационного ряда кристаллов КаЬах0с11.х(\¥04)2 и №1_,ахОс11.х(Мо04)2 (х=0-1), активированных ионами Тш3+, являлось важным для поиска оптимального состава шеелитоподобных натрий-лантан (гадолиний) вольфраматов и молибдатов, активированных ионами Тт3+, а также способствовало уточнению значений ряда важных спектроскопических

характеристик, полученных для предельных членов данного концентрационного ряда: №Ьа(\У04)2:Тт [6, 7], №0(1(\\Ю.4)2:Тт [2-5], ЫаЬа(Мо04)2:Тт [8, 11], №Сс1(Мо04)2:Тт [9, 10], так как полученные различными авторами значения некоторых спектроскопических характеристик, в ряде случаев являются противоречивыми.

Целью диссертационной работы являлось исследование спектрально-люминесцентных свойств кристаллов разупорядоченных шеелитоподобных натрий-лантан (гадолиний) вольфраматов ЫаЬахОс11. Х(\\Ю4)2 (х=0-1) и молибдатов ЫаЬахСс11.х(Мо04)2 (х=0-1), активированных ионами Тш3+, и возможности их использования в качестве активных сред для лазеров двухмикронной области спектра в условиях лазерной диодной накачки.

Для достижения поставленной цели в данной работе ставились и решались следующие задачи:

1) исследование спектрально-люминесцентных свойств концентрационных рядов кристаллов ЫаЬахОс^.х^О^г (х=0-1) и №ЬахСс1|. х(Мо04)2 (х=0-1), активированных ионами Тш3+;

2) проведение генерационных экспериментов на кристаллах №Ьао,4бОс1о.4б^04)2:Тт (СТт=2,6 ат. %), ЫаЬа0.31Сс1(,,62(МоО4)2:Тт (СТт=4,8 ат. %) в условиях лазерной диодной накачки;

3) моделирование процессов заселения и релаксации энергетических уровней ионов Тт3+ в кристаллах №Ьао,4бОс1о,4б(\\Ю4)2:Тт (Стт=2,6 ат. %), NaLa{l.зlGdo,62(Mo04)2:Tm (С[П1=4,8 ат. %) и определение плотности потока фотонов в резонаторе при получении лазерной генерации на переходе Зр4—+3Н6 в условиях накачки на уровень 3Н4;

4) исследование дисперсионных и температурных зависимостей показателя преломления кристаллов шеелитоподобных двойных натрий-лантан (гадолиний) молибдатов.

Научная новизна и практическая значимость работы

Впервые исследованы спектроскопические характеристики (силы осцилляторов, вероятности переходов) концентрационных рядов кристаллов смешанных шеелитоподобных двойных вольфраматов ЫаЬах0(1|.х(\\'04)2 (х=0-1) и молибдатов №ЬахОс1].х(МоС)4)2 (х=0-1), активированных ионами Тш3+.

Получены спектральные зависимости сечения усиления для лазерного перехода 3Р4—>3Н6 ионов Тш3+ в кристаллах Мп^^.^С} ).!)_;; Гш и

НаЬао,з1Сс1о,б2(Мо04)2:Тт.

Впервые реализована лазерная генерация на переходе 3Рд—»3Н6 ионов Тт3+ в кристаллах НаЬао.4бОс1о,4б^04)2:Тт (Стт=2,6 ат. %) в условиях лазерной диодной накачки. Получено лазерное излучение л- и а-поляризаций на длинах волн 1908 нм и 1918 нм при дифференциальной эффективности 34 % и 30 % соответственно. В данных кристаллах реализована перестраиваемая лазерная генерация в спектральном диапазоне 1860-1940 нм. Впервые реализована лазерная генерация на переходе 3Р4—>3Нб ионов Тш3+ в кристаллах ЫаЬаолСёсшСМоС^^Тт (С-гт=4,8 ат. %) в условиях лазерной диодной накачки. Получено лазерное излучение к- и а-поляризаций на длинах волн 1910 нм и 1918 нм при дифференциальной эффективности 27 % и 23 % соответственно.

В результате численного решения системы балансных уравнений для кристаллов ЫаЬао,4бОс1о,4б^04)2:Тт (Стт=2,6 ат. %) и ШЬао,з|Сс1о,б2(Мо04)2:Тт (Стт=4,8 ат. %) получены временные зависимости населенности энергетических уровней 3Н4, 3Р4 и 3Н6 ионов Тт3+, участвующих в получении лазерной генерации на переходе Зр4—>3Н6 ионов Тш3+, и плотности потока фотонов в резонаторе. Получены зависимости времени начала генерации и выходной мощности лазерного излучения от мощности излучения лазерного диода накачки.

Впервые получены дисперсионные зависимости и значения температурного коэффициента показателей преломления (1=546,07 нм) для

кристаллов ЫаЬа0.465Сс1о.4б5(Мо04)2:Тш (СТт=3,5 ат. %) и На1.ао,495Сс1о.4(Л(Мо04)2:Тт (Стт=0,5 ат. %).

Результаты, полученные в работе, могут быть использованы при создании твердотельных лазеров средней и малой мощности с полупроводниковой накачкой, генерирующих в ближней ИК-области (около 2 мкм), перестраиваемых по длине волны излучения.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1) значения сил осцилляторов, вероятностей излучательных переходов между энергетическими уровнями ионов Тш3+, коэффициентов ветвления люминесценции и квантового выхода люминесценции с уровня 3Н4 ионов Тт3+ для концентрационных рядов кристаллов КаЬах0(11.х(\\'04)2:Тт (х=0-1) и №ЬахСс1,.х(Мо04)2:Тт (х=0-1);

2) спектральные зависимости сечения усиления для лазерного перехода ионов Тт кристаллов КаЬа0,4бСс1о,4б(М04)2:Тт (Стт=2,6 ат. %) и №Ьа0 3|Сс1о.б2(Мо04)2:Тт (СТпг=4,8 ат. %) для значений параметра относительной инверсной населенности /*=0,1; 0,2 и 0,3, полученные из спектральных зависимостей сечений поглощения и люминесценции переходов 3Р4<-*3Н6;

3) результаты генерационного эксперимента на переходе 3Р4—>3Нб ионов Тт3+ в кристаллах ЫаЬао.4бОс1о,4б(\\Ю4)2:Тт (Стт=2,6 ат. %) и ЫаЬа0,31Оа0,62(МоО4)2:Тт (СТт=4,8 ат. %);

4) временные зависимости населенностей уровней, участвующих в получении лазерной генерации на переходе Зр4—>3Нб ионов Тш3+, и плотности потока фотонов в резонаторе лазера на основе кристаллов НаЬао,4бОс1о,4б^04)2:Тт (СТт=2,6 ат. %) и ЫаЬа0.з,Ос10,и(МоО4)2:Тт (СТт=4,8 ат. °/о), полученные в ходе численного решения системы балансных уравнений.

Апробация работы и публикации

По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ. Из них 8 статей, в том числе 6 — в ведущих рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ, статья в сборнике Proceeding of SPIE, статья в сборнике научных трудов VII Международной конференции «Лазерная физика и оптические технологии», 5 тезисов докладов на международных и общероссийских конференциях. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (№ проекта 07-02-00055а).

Результаты были представлены в виде докладов на следующих конференциях:

1) 6-ой и 7-ой Всероссийских научных школах для студентов и аспирантов: «Материалы микро,-оптоэлектроники и волоконной оптики: физические свойства и применение» (Саранск, 2007, 2008);

2) Международных научных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2007», «Ломоносов-2008» (Москва, 2007, 2008);

3) VII Международной конференции «Лазерная физика и оптические технологии» (Минск, 2008);

4) XIV Всероссийской конференции «Оптика и спектроскопия конденсированных сред» (Краснодар, 2008);

5) XIII International Conference «Laser Optics 2008» (Санкт-Петербург,

2008).

Личный вклад.

Основные результаты работы получены автором лично. А именно: проведение спектрально-люминесцентных и генерационных исследований кристаллов шеелитоподобных натрий-лантан (гадолиний) вольфраматов и молибдатов, активированных ионами Тш3+, обработка экспериментальных данных, интерпретация результатов исследований и формулировка выводов (совместно с научным руководителем). Следует отметить, что при

непосредственном участии автора работы была модернизирована установка для исследования спектров поглощения и люминесценции. По результатам технического решения получен патент РФ 2373629/32, 20.11.2009 «Устройство для управления шаговым двигателем монохроматора» (авторы Ф.А. Болыциков, A.B. Малов, П.А. Рябочкина).

Кристаллы, исследованные в работе, были предоставлены Е.В. Жариковым, К.Л. Субботиным, Д.А. Лисом.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения. Общий объем диссертации составляет 117 страниц, включая 40 рисунков, 26 таблиц и библиографию, содержащую 69 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цели и задачи диссертации, научная новизна, положения, выносимые на защиту, практическая значимость работы, приведены сведения об апробации работы и публикациях автора, излагается структура диссертации.

Первая глава является обзорной. В первом параграфе этой главы рассмотрены физические процессы, обеспечивающие формирование инверсной населенности уровня 3F4 при получении двухмикронной генерации на переходе 3F4—>3Нб ионов Тш3+ в твердотельных матрицах, активированных Тш3+. Физические процессы, обеспечивающие заселение и разгрузку энергетических уровней 3Hß, 3F4, 3Н4, 3Нэ ионов на рис. 1 обозначены условными стрелками и цифрами: накачка на уровень 3Н4 (1); внутрицентровая релаксация ионов Тш3+ (2), сплошные стрелки обозначают излучательные переходы, пунктирные - безызлучательные; процесс кросс-релаксации 3H4-»3F4, 3H6-»3F4 (3); генерация на переходе 3F4—>3Н6 (4). Из рисунка следует, что основную роль в формировании населенности верхнего

лазерного уровня 3Р4 ионов Тт3+ при накачке на уровень 3Н4 играет процесс кросс-релаксации между двумя взаимодействующими ионами Тт3+ (3Н4—>3Р4, 3Н6^3Р4).

В параграфе 1 главы 1 представлены также результаты исследования спектрально-люминесцентных свойств и генерационных экспериментов в условиях лазерной диодной накачки для ряда кристаллических матриц (УАО:Тт, УАЮ3:Тт, УУ04:Тт, УЬР:Тт), известные из научных источников.

В параграфе 2 главы 1 приводятся данные о кристаллографической структуре, спектрально-люминесцентных и генерационных свойствах кристаллов натрий-лантан (гадолиний) вольфраматов и молибдатов, активированных ионами Тт3+.

~~ 15 Е, 103 см"1 Тт3+ Тт3+

~Ж. 1111 Г" н4

12 3 4

Рис. 1. Физические процессы, обеспечивающие заселение и разгрузку энергетических уровней ионов Тш3+

Во второй главе описаны методы получения и исследования оптических, спектрально-люминесцентных и генерационных свойств концентрационных рядов кристаллов ЫаЬах0с11.х(М04)2 (х=0-1) и №ЬахСс11. х(Мо04)2 (х=0-1), активированных ионами Тш3+. В параграфе 1 главы 2 описаны методы" выращивания кристаллов №ЬахСс11_х(\У04)2:Тт (х=0-1) и

ЫаЬахОс11.ч(Мо04)2:Тгп (х=0-1), определения количественного состава кристаллов, а также способы подготовки образцов для измерения показателей преломления, спектрально-люминесцентных и генерационных исследований. Состав шихт исследованных образцов кристаллов с вариацией состава Ьа-Сс1 приведен в табл. 1 и 2. В таблицах соответствующие кристаллы обозначены номерами. Подобная нумерация используется в работе. Значения концентраций ионов Тш3+ для исследованных кристаллов концентрационного ряда ЫаЬах0с1|.х(\У0.4)2:Тт (х=0-1) и №1.ахОс1и х(Мо04)2:Тт (х=0-1), приведенные в табл. 1 и 2, получены в результате количественного анализа соответствующих кристаллов. Ошибка в определении концентраций ионов Тт3+ не превышала 5 %.

Табл. 1. Состав исследованных образцов (вольфраматы)

С(Тт)-102и, см'3

№ обр.

Состав шихты

С(Тш), ат. %

1 №Сао.9зТто.о7^04)2 4,8

2 КаЬа0,46Сс1о,4бТто.о7^04)2 2,6

3 КаЬао.б2С^.з1Тшо.о7(^04)2 3,8

4 №Ьао,9зТтао7(\У04)2 5,8

1,47 2,26 3,09 5,07

Табл. 2. Состав исследованных образцов (молибдаты)

С(Тш)-10'и, см'3

№ обр.

Состав шихты

С(Тш), ат. %

5 ЫаСс1о.9зТто,о7(Мо04)2 3,8

6 ЫаЬао,з10ёо,б2Тто,о7(Мо04)2 4,8

7 ЫаЬао,4б5С^1465Тто,о7(Мо04)2 3,5

8 №Ьао.б2Сгс1о,з1Тто,о7(Мо04)2 3,0

9 МаЬа0.9бТт0.(,4(МоО4)2 1,8

2,30 2,61 2,13 1,84 1,11

В параграфе 2 главы 2 описана методика измерения показателей преломления и температурного коэффициента показателей преломления. В параграфе 3 данной главы представлены методики исследования

спектрально-люминесцентных свойств кристаллов №Ьах0(11.х(\У04)2:Тт (х=0-1) и НаЬахСс11.х(Мо04)2:Тт (х=0-1). В данном параграфе приводится также описание метода Джадда-Офельта для определения спектроскопических характеристик ионов Тт3+ в кристаллах №Ьа,.Ос11_ x(W04)2:Tm (х=0-1) и №ЬахОс1их(Мо0.4)2:Тт (х=0-1). Отмечается, что исследованные кристаллы характеризуются разупорядоченной кристаллической структурой, и, следовательно, характеризуются наличием нескольких типов оптических центров ионов Тш3+. Определение оптического спектра и абсолютной концентрации каждого типа центра в кристаллах с разупорядоченной структурой представляет собой крайне сложную задачу. В настоящей работе при определении параметров интенсивности С2, (<=2, 4, 6) использовались интегральный спектр поглощения и полная концентрация ионов Тш3+. Поэтому полученные значения параметров интенсивности, либо представляют собой средние значения параметров, соответствующих различным типам оптических центров ионов Тш3+, либо соответствуют преобладающему типу центров Тт3+ в данном кристалле.

В параграфе 4 главы 2 описаны методики регистрации кинетик затухания люминесценции с уровней 3Н4, Зр4 ионов Тт3+.

В параграфе 5 данной главы представлены методики проведения генерационных экспериментов на кристаллах МаЬао,4бОс1о.4б^04)2:Тт (СТт=2,6 ат. %) и №Ьао,з10с1о.б2(Мо04)2:Тт (СТт=4,8 ат. %).

В третьей главе представлены результаты исследования дисперсионных и температурных зависимостей показателя преломления кристаллов шеелитоподобных натрий-лантан (гадолиний) молибдатов. Целесообразность таких исследований обусловлена тем, что зависимости п0(А.) и пе(Х.) для кристаллов шеелитоподобных натрий- лантан (гадолиний) молибдатов, в отличие от аналогичных зависимостей для кристаллов шеелитоподобных двойных вольфраматов, в научных источниках нами обнаружены не были. При этом значения показателей преломления данных кристаллах нам были необходимы при определении спектроскопических

характеристик, а также при нанесении просветляющего покрытия на торцы активных элементов. В параграфе 1 третьей главы приводятся дисперсионные кривые показателей преломления для кристаллов NaLa0.46;Gd0,46;(MoO4)2:Tm (СТга=3,5 ат. %), NaLao^sGdo^MoC^Tm (Clm=0,5 ат. %), полученные с помощью гониометра-спектрометра ГС-5 в видимой области спектра. С использованием приближенной формулы Зельмейера сделаны оценки показателей преломления для кристалла NaLao,465Gd(j.46;(MoO|)2:Tm (Стга=3,5 ат. %) на длине волны генерации (Х=1,9 мкм) перехода 3F4—>3Нб ионов Тш3+. В параграфе 1 главы 3 приведены также результаты сравнительного анализа показателей преломления кристаллов NaLa0,46Gd0.46(MoO4)2:Tm (CTm=0,5 ат. % и Ст„,=3,5 ат. %) с аналогичными характеристиками для кристаллов NaLa(MoC>4)2:Nd (CNJ=0,2 ат. %), полученными в настоящей работе, а также известных из литературных источников.

В параграфе 2 главы 3 представлены результаты исследования температурной зависимости показателя преломления кристаллов шеелитоподобных натрий-лантан (гадолиний) молибдатов. Графики зависимостей п0(Т) и пе{Т) для >>.=546,07 нм в случае исследованных кристаллов хорошо аппроксимируются линейной зависимостью. С ростом температуры значения показателя преломления п0 и пе уменьшаются, что приведет к образованию отрицательной термической линзы в активных элементах из исследуемых кристаллов.

В четвертой главе описаны спектрально-люминесцентные и кинетические свойства концентрационного ряда кристаллов NaLaxGdi. X(W04)2 и NaLaxGdi.x(Mo04)2, активированных ионами Тш3+.

В параграфе 1 четвертой главы представлены результаты исследования спектроскопических характеристик кристаллов NaLaxGdi.x(W04)2:Tm (х=0-1) и NaLaxGd|.x(Mo04)2:Tm (х=0-1). Из анализа спектров поглощения, обусловленных переходами с основного состояния 3Н6 на возбужденные мультиплеты 'G4,3F2,3F3,3Н4,3Н5,3F4, зарегистрированных при Т=300 К, не

обнаружено значительного изменения контуров спектров поглощения, а также значений пиковых сечений поглощения переходов с основного состояния 3Н6 на возбужденные мультиплеты ионов Тт3+ как для концентрационного ряда кристаллов №ЬахС<31.х(\\Ю4)2:Тт (х=0-1), так и для концентрационного ряда кристаллов ЫаЬахСс11.х(Мо04)2:Тт (х=0—1). Из спектров поглощения были определены экспериментальные значения сил осцилляторов соответствующих переходов. По методу Джадда-Офельта [12, 13] найдены параметры интенсивности П, (1=2, 4, 6). Полученные значения О, (1=2, 4, 6) для соответствующих кристаллов ЫаЬахСс11.х(\¥04)2:Тт (х=0-1) и НаЬахОс1|.х(МоО))2:Тт (х=0-1) представлены в табл. 3 и 4.

Табл. 3. Параметры интенсивности ионов Тт3+ в кристаллах

№1,ахСс1,.х(\Ю4)2 (х=0-1)

Параметр Обр. № 1 Обр. № 2 Обр. № 3 Обр. № 4

П2'Ю"2исм2 10,98 8,98 9,16 7,68

0,-Ю"20 см2 1,42 1,35 1,59 1,73

П6-Ю"20см2 1,01 1,28 1,26 1,28

Табл. 4. Параметры интенсивности ионов Тт3+ в кристаллах

ЫаЬахСс11_х(Мо04)2 (х = 0-1)

Параметр Обр. № 5 Обр. № 6 Обр. № 7 Обр. № 8 Обр. № 9

П2-Ю"20 см2 14,80 14,48 13,87 12,46 13,38

П4-10"20см2 1,12 1,23 1,58 2,16 2,67

Об-10"20 см2 2,08 1,98 1,76 1,63 1,16

Из сравнения значений параметров интенсивности 0.2 для кристаллов соответствующих концентрационных рядов видно, что вариации данного параметра невелики как для образцов №№ 1-4, так и для образцов №№ 5-9. Данный факт, по-видимому, свидетельствует о том, что в кристаллах соответствующих концентрационных рядов смешанных шеелитоподобных

двойных вольфраматов и молибдатов вариация состава 1_а-Сс1 не приводит к значительному изменению симметрии локального окружения оптических центров ТпУ^.

С использованием соответствующих параметров интенсивности П, (1=2, 4, 6) выполнена оценка вероятностей излучательных переходов ионов Тт3+ и коэффициентов ветвления люминесценции между энергетическими уровнями для кристаллов концентрационных рядов КаЬахСс11.х(\\Ю4)2:Тт (х=0-1) и №ЬахОс11.х(Мо04)2.Тт (х=0-1).

Оцененное из расчета с использованием параметров Джадда-Офельта время жизни уровня 3Р4 составляет 1,20 мс и 1,49 мс для образцов № 1 и № 4, соответственно. Данные значения удовлетворительно соответствуют экспериментальным значениям, определенным из кривых затухания люминесценции с уровня Зр4 для данных кристаллов и равным соответственно 1,43 мс и 1,45 мс.

Используя значения времени жизни уровня 3Н4 ионов Тш3+, определенные из кривых затухания люминесценции для образцов №№ 1, 2 и 4, а также значения вероятностей нзлучательных переходов с уровня 3Н4 ионов Тт3+, для данных кристаллов определены значения квантового выхода люминесценции с уровня 3Н4, равные соответственно 91 %, 86 % и 76 %.

Оцененное из расчета с использованием параметров Джадда-Офельта время жизни Трад=1/Аса1с уровня Зр4 ионов Тш3+ составляет 0,9 мс для кристаллов №Сс1(Мо04)2:Тт (образец №5), ЫаЬао.з1Сс1о.б2(Мо04)2:Тт (образец № 6) и ЫаЬа(Мо04)2:Тт (образц № 9). Эта величина удовлетворительно совпадает со значениями времени жизни уровня Зр4, экспериментально измеренными из кривой затухания люминесценции с уровня Зр4 ионов Тт3+ для образцов № 5 (1,2 мс), № 6 (1,2 мс), № 9 (1,1 мс).

Используя значения времени жизни уровня 3Н4 ионов Тт3+, определенные из кривых затухания люминесценции с уровня 3Н4, а также значения вероятностей излучательных переходов с уровня 3Н4 на нижележащие мультиплеты для образцов №№ 6-9 были определены

значения квантового выхода люминесценции с уровня 3Н4, равные соответственно 96 %, 95 %, 92 % и 88 %.

В параграфе 1 главы 4 также приводятся результаты сравнительного анализа спектроскопических характеристик для кристаллов смешанных шеелитоподобных двойных вольфраматов и молибдатов с аналогичными характеристиками для кристаллов иттрий-алюминиевого граната (YAG) и кальций-ниобий-галлиевого граната (CNGG), активированных ионами Тт3+.

В параграфе 2 главы 4 получены спектральные зависимости сечений люминесценции и усиления для лазерного перехода 3F4—>3Н6 в кристаллах NaLa0,46Gd0.46(WO4)2:Tm (СТга=2,6 ат. %) и NaLa0.3iGdo,62(Mo04)2:Tm (CTm=2,6 ат. %), которые использовались в генерационном эксперименте.

В пятой главе описаны генерационные свойства кристаллов. NaLa0,46Gd0,46(WO4)2:Tm (CTm=2,6 ат. %) и NaLa0.3iGdo,62(Mo04)2:Tm (CTm=4,8 ат. %).

В параграфе 1 главы 5 представлены результаты генерационного эксперимента на переходе 3F4—>3Нб ионов Тш3+ в кристаллах NaLa0,46Gd0.46(WO4)2:Tm (CTm=2,6 ат. %) и NaLa0.3iGdo,62(Mo04)2:Tm (CTm=4,8 ат. %).

Средняя мощность накачки, Вт

Рис. 2. Зависимость средней выходной мощности генерации от средней мощности накачки для кристаллов: а) NaLao,46Gdo,46(W04)2:Tm (Стт=2,6 ат. %), б) NaLao,зlGdo,62(Mo04)2:Tm (Стт=4,8 ат. %). Точки - экспериментальные данные, сплошные линии - результаты моделирования

Графики зависимостей средней выходной мощности генерации от средней мощности накачки для кристаллов: а) ШЬао.4бОс1о.4б(\У04)2:Тт (Стт=2,6 ат. %), б) НаЬао.з1Сс1о.б2(Мо04)2:Тт (Сг„,=4,8 ат. %) приведены на рис. 2.

Параметры лазерной генерации в случае л- и а-поляризаций, полученной для кристаллов ЫаЬао,4бОс1о.4б(\У04)2:Тт (Стт=2,6 ат. %) и №Ьао.з1Сс1о.б2(МоС>4)2:Тт (СГт=4,8 ат. %) представлены в таблице 5.

Табл. 5. Параметры генерации

Параметр генерации л-поляризация о-поляризация

М1Х}\У:Тт МЬСМ:Тт МЬСМ:Тт Ы1Х!М:Тт

Дифференциальная 34 30 27 23

эффективность, %

Полная эффективность, % 19 16 15 12

Длина волны генерации, нм 1908 1910 1918 1918

В настоящей работе для кристалла ИаЬао^бСс^бСМС^^Тт (Стт=2,6 ат. %) была реализована перестраиваемая генерация. На рис. 3 приведена зависимость средней выходной мощности от длины волны для лазера на основе кристалла №Ьао,4бО(]о,4б(,Л''04);>:Тт (Стт=2,6 ат. %) при средней мощности накачки лазерного диода Р=1,0 Вт. Мощность накачки Р=1,0 Вт, реализованная в эксперименте по получению перестраиваемой генерации, соответствует значению параметра относительной инверсной населенности 0,3. Из сравнения спектральной зависимости сечения усиления для кристалла КаЬа0,4бО^.4б(1Л'О4)2:Тт (С1т=2,6 ат. %) следует, что область перестройки генерации (рис. 3) соответствует области положительного усиления в случае значения параметра относительной инверсной населенности равного 0,3.

0.16

н аа

Л 0.14

I 0.12Н

о

* 0.105 0,08-

з: ч

0,061850

■ л-ппляртания с а-иилнрщ;шня

1900 Длина волны,им

1950

Рис. 3. Зависимость средней выходной мощности НаЬао^ббс^б^С^^Тт (Стга=2,6 ат. %) лазера от длины волны при средней мощности накачки Р=1,0 Вт

В параграфе 2 главы 5 рассмотрены кинетические модели лазеров на основе кристаллов ЫаЬао.4бО<1о.4б^04)2'.Тт (СТт=2,6 ат. %) и ШЬао^СсЬ.бгСМоС^Тт (СТт=4,8 ат. %) с использованием приближения скоростных уравнений.

Система скоростных уравнений для энергетических уровней 3Н6, 3Р4, 3Н4 ионов Тт3+, с учетом особенностей их заселения и релаксации (без учета процесса ап-конверсии 3Р4->3Н6, 3Р4->3Н4 ионов Тт3+) при наличии генерации на переходе 3?4—»3Н6 ионов Тт3+ в случае лазерной диодной накачки на уровень 3Н4, записана аналогично системе уравнений, приведенной в [14]. Константы, входящие в систему уравнений, были получены нами в ходе проведения спектрально-люминесцентных и генерационных исследований. В диссертационной работе представлены методики определения соответствующих констант, а также их значения.

В ходе решения системы уравнений нами были получены временные зависимости населенностей уровней 3Нб, Зр4 и 3Н4 ионов Тш3+ и плотности потока фотонов в резонаторе лазеров на основе кристаллов №Ьао,4бСс1о,4б(\У04)2:Тт (СТт=2,6 ат. %) и НаЬа„л|04.62(МоО,)2:Тт (СТт=4,8 ат. %). Из временной зависимости плотности потока фотонов в резонаторе, для соответствующих кристаллов были получены зависимости выходной

мощности излучения генерации от мощности диода накачки, поглощенной в активном элементе (сплошные линии на рис. 2). По результатам генерационного эксперимента и моделирования, проведен сравнительный анализ зависимостей выходной мощности генерации от мощности излучения диода накачки в активном элементе для кристаллов ЫаЬа0,4бОс1о,4б^04)2:Тт (СТт=2,6 ат. %) и ЫаЬао.з1Сс1о,б2(Мо04)2:Тт (Стт=4,8 ат. %). Также проводится сравнение зависимости времени начала генерации от мощности диода накачки, полученной в эксперименте и в ходе моделирования для кристалла КаЬа0,46Ос10.4б(\УО4)2:Тт (СТт=2,6 ат. %).

Из графиков зависимости выходной мощности генерации от мощности накачки, полученных как в эксперименте, так и в процессе моделирования следует, что наиболее эффективным для обоих кристаллов является лазерное излучение я-поляризации.

Из сравнения экспериментальных зависимостей мощности генерации от мощности накачки для л- и о-поляризаций с соответствующими зависимостями, полученными в результате моделирования (рис. 2) следует, что совпадает лишь качественный характер данных зависимостей. Количественные оценки выходной мощности лазерной генерации, полученные в ходе моделирования примерно в 2 раза выше значений, полученных экспериментально. Данный результат, на наш взгляд, можно объяснить следующими факторами:

1) при выполнении моделирования нами учитывались лишь логарифмические потери за проход, обусловленные пропусканием зеркал, и не учитывались внутренние потери в активном элементе;

2) при выполнении моделирования нами не учитывались процессы ап-конверсии ионов Тш3+ (3Р4-»3Нб, 3Р4—>3Н4), которые могут играть значительную роль при высоких плотностях накачки, реализуемых в генерационном эксперименте;

3) в ходе моделирования не учитывались процессы поглощения с возбужденного состояния Зр4 на вышележащие уровни, которые также могут иметь место при высоких плотностях накачки [14].

Результаты моделирования свидетельствуют о том, что выходные характеристики лазера на основе кристаллов ШЬаолОйо.бгСМоС^ггТт (Стт=4,8 ат. %) несколько выше аналогичных характеристик для кристаллов НаЬао,4бСс1о.4б^04)2:Тт (Стт=2,6 ат. %). По-видимому, это обусловлено тем, что значения сечения поглощения для перехода 3Н6—>3Н4, а также сечения люминесценции вынужденного перехода Зр4—>3Нб ионов Тт3+ для кристаллов двойных молибдатов выше, по сравнению с аналогичными значениями для кристаллов двойных вольфраматов.

В генерационном эксперименте, реализованном в настоящей работе, следует, что выходные характеристики лазера на основе кристаллов ИаЬа0,з 1 Сс1о,б2(Мо04)2:Тт (Стт=4,8 ат. %) ниже аналогичных характеристик для кристаллов ШЬао,4бОс1о.4б^04)2:Тт (Стт=2,6 ат. %). На наш взгляд этот факт обусловлен худшим оптическим качеством кристалла ЫаЬао.з | вс^.^МоС^^Тт (СТт=4,8 ат. %) по сравнению с кристаллом Иа1-ао,4бО(1о,4б(\У04)2:Тт (СТт=2,6 ат. %).

На основании выполненных в настоящей работе оценок спектроскопических характеристик кристаллов шеелитов с вариацией состава Ьа-Сй, а также результатов генерационного эксперимента и реализованных кинетических моделей лазеров на кристаллах ЫаЬао,4бОс1о,4б^04)2:Тт (СТт=2,6 ат. %) и КаЬао^ОсЬ.бгСМоС^Тт (СТт=4,8 ат. %), можно сделать заключение о том, что при использовании активных элементов с лучшим оптическим качеством, а также при оптимизации коэффициентов пропускания зеркал и схемы резонатора, возможно получение более высоких выходных характеристик лазерной генерации на переходе 3Р4—>3Н6 ионов Тш3+ в кристаллах шеелитоподобных натрий-лантан (гадолиний) молибдатах и вольфраматах, активированных ионами Тт.

В заключении сформулированы основные выводы по результатам проведенных исследований.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1) определены спектроскопические характеристики (силы осцилляторов, параметры интенсивности, вероятности ряда излучательных переходов ионов Тш3+ для кристаллов НаЬахСс11.х(\\,,04)2:Тт (х=0-1) и НаЬахОс1[_х(Мо04)2:Тт (х=0-1). Из сравнительного анализа спектроскопических характеристик ионов Тш3+ в кристаллах КаЬачС(1и х(\\Ю4)2:Тт (х=0-1) и ЫаЬахСс1[.х(Мо04)2:Тт (х=0-1) следует, что в кристаллах соответствующего концентрационного ряда не происходит значительного изменения локального окружения оптических центров ионов Тш3+;

2) в результате сравнительного анализа спектроскопических характеристик кристаллов смешанных шеелитоподобных натрий-лантан (гадолиний) вольфраматов (Н1Х}\У:Тт) и молибдатов (М1ХЗМ:Тт) с аналогичными характеристиками кристаллов иттрий-алюминиевого граната (УАС:Тт) и кальций-ниобий-галлиевого граната (CNGG:Tm) показано: а) кристаллы Ы1>С\У:Тт и М1ЛЗМ:Тт по сравнению с УАС:Тт и СЫСС:Тт характеризуются высокими значениями сечений поглощения и люминесценции, а также значением параметра интенсивности £12, что обусловлено более низкой симметрией кристаллического окружения ионов Тш3+ в кристаллах шеелитоподобных натрий-лантан (гадолиний) вольфраматов и молибдатов, по сравнению с кристаллами УАС:Тт и СЫСО:Тт; б) квантовый выход люминесценции с уровня 3Н4 в кристаллах МЬО\У:Тт и МЬСМ:Тт более чем в 1,5 раза выше соответствующего значения в кристаллах ИАГ:Тт и КНГТ:Тт, что связано с малой величиной многофононной релаксации с уровня 3Н4 в кристаллах Ы1Х}\У:Тт и ЖСМ:Тт;

3) получены спектральные зависимости сечения поглощения и люминесценции переходов 3Нб<->3р4 для кристаллов №Ьао.4бО<1о,4б(\УС)4)2:Тт и КаЬао,з1Сёо,б2(Мо04)2'.Тш. С использованием этих зависимостей получены спектральные зависимости сечения усиления лазерного перехода Зр4—>3Нб, из которых следует, что область положительного усиления при значении параметра относительной инверсной населенности Р=0,3 для кристаллов КаЬао,4бОс1о,4б^04)2:Тт и №Ьа0,з]Ос10.б2(МоО4)2:Тт соответствует диапазонам длин волн 1830-2000 нм и 1800-2000 нм;

4) в рамках приближения пространственно-независимых скоростных уравнений реализованы кинетические модели квазитрехуровневых лазеров на основе кристаллов ЫаЬао.460^,4б(^^04)2:Тт (С1т=2,6 ат. %) и МаЬао,з1Сс1о 62(Мо04)2:Тт (СТт=4,8 ат. %). В результате численного решения системы балансных уравнений для соответствующих кристаллов получены временные зависимости плотности населенностей энергетических уровней ионов Тт3+, участвующих в получении лазерной генерации на переходе 3Р4—>3Нб и плотности потока фотонов в резонаторе. Получены зависимости времени начала генерации и выходной мощности лазерного излучения от мощности излучения лазерного диода накачки;

5) реализована лазерная генерация на переходе 3Р4—>3Нб ионов Тш3+ в кристаллах №Ьао.4бОс1о,4б(^У04)2:Тт (С-гт=2,6 ат. %) в условиях лазерной диодной накачки. Получено лазерное излучение л- и о-поляризаций на длинах волн 1908 нм и 1918 нм при дифференциальной эффективности 34 % и 30 % соответственно. Для данных кристаллов реализована перестраиваемая лазерная генерация в спектральном диапазоне 1860-1940 нм;

6) реализована лазерная генерация на переходе 3Р4—>3Н6 ионов Тт3+ в кристаллах »аЬа0,з1О^,б2(МоО4)2:Тт (Стш=4,8 ат. %) в условиях лазерной диодной накачки. Получено лазерное излучение я- и о-поляризаций на длинах волн 1910 нм и 1918 нм при дифференциальной эффективности 27 % и 23 % соответственно.

7) получены дисперсионные зависимости и температурный коэффициент показателей преломления для кристаллов NaLa0.465Gdo.465(Mo04)2:Tm (CTm=3,5 ат. %) и NaLao,495Gdo,495(Mo04)2:Tm (CTm=0,5 ат. %). Установлено, что зависимость п(Т) носит линейный характер, а с ростом температуры значения показателей преломления п0 и пе уменьшаются, что приведет к образованию отрицательной термической линзы в активных элементах из исследуемых кристаллов.

Сиисок цитируемой литературы

1) Б.М. Антипенко, В.А. Бученков, Т.И. Киселева, Л.И. Крутова, А.А. Никитичев, В.А. Письменный. Туллиевый лазер. // Письма в ЖТФ. Т. 15. В. 16. С. 80-83. (1989).

2) Ю.К. Воронько, К.А. Субботин, Д.А. Лис, А.В. Попов, А.А. Соболь, С.Н. Ушаков, Е.В. Жариков. Синтез и спектроскопия кристаллов натрий-гадолиниевого вольфрамата NaGd(W04)2, активированного ионами Тш3+. // Оптика и спектроскопия. Т. 100. № 4. С. 656-663. (2006)1

3) Е.В. Жариков, Д.А. Лис, А.В. Попов, К.А. Субботин, С.Н. Ушаков, А.В. Шестаков, И. Раздобрев. Генерационные сквойства кристаллов натрий-гадолиниевого вольфрамата NaGd(W04)2, активированного ионами Тт3+. // Квантовая электроника. Т. 36. № 6. С. 515-516. (2006).

4) J.M. Cano-Torres, M.D. Serrano, С. Zaldo, М. Rico, X. Mateos, J. Liu, U. Griebner, V. Petrov, F.J. Valle, M. Galan, G. Viera. Broadly tunable laser operation near 2 um in locally disordered crystal of Tm3+-doped NaGd(W04)2. // J. Opt. Soc. Am. В. V. 23. № 12. P. 2494-2502. (2006).

5) H. Wang, G. Jia, F. Yang, Y. Wei, Z. You, Y. Wang, J. Li, Z. Zhu, X. Lu, C. Tu. Growth and spectral properties of Tm3+-doped NaGd(W04)2 crystal. // Appl. Phys. В. V. 83. P. 579-585. (2006).

6) J.M. Cano-Torres, X. Han, A. Garcia-Cortes, M.D. Serrano, C. Zaldo, F.J. Valle, X. Mateos, S. Rivier, M. Rico, U. Griebner, V. Petrov. Infrared

spectroscopic and laser characterization of Tm in disordered double tungstates. // Materials Science and Engineering В. V. 146. P. 22-28. (2008).

7) Y. Wei, C. Tu, H. Wang, F. Yang, G. Jia, Z. You, J. Li, Z. Zhu, Y. Wang. Thermal and optical properties of Tm3+:NaLa(W04)2 crystal. // Appl. Phys. B. (2007).

8) L.D. Merkle, J.B. Gruber, M.D. Seltzer, S.B. Stevens, Т.Н. Allik. Spectroscopic analysis of Tm3+:NaLa(MoC>4)2. // J- Appl. Phys. V. 72. № 9. P. 4269-4274. (1992).

9) Ю.К. Воронько, E.B. Жариков, Д.А. Лис, A.B. Попов, B.A. Смирнов, К.А. Субботин. Спектроскопия кристаллов NaLa(Mo04)2:Tm3+ и NaGd(Mo04)2:Tm3+ - перспективных лазерных материалов. // Физика твердого тела. Т. 50. № 9. С. 1547-1551. (2008).

10) W. Guo, Y. Chen, Y. Lin, X. Gong, Z. Luo, Y. Huang. Spectroscopic analysis and laser performance of Tm3+:NaGd(Mo04)2 crystal. // J. Phys. D: Appl. Phys. V. 41. (2008).

11) W.J. Guo, Y.J. Chen, Y.F. Lin, X.H. Gong, Z.D. Luo, Y.D. Huang. Spectroscopic properties and laser performance of Tm3+-doped NaLa(Mo04)2 crystal. // J. Appl. Phys. V. 103. P. 093106. (2008).

12)B.R. Judd. // Phys. Rev. V. 127. № 3. P. 750-760. (1962).

13) G.S. Ofelt. // J. Chem. Phys. V. 37. № 3. P. 511-520. (1962).

14)Razdobreev, A. Shestakov. Self-pulsing of a monolithic Tm-doped YA103 microlaser. //Physical Review A. V. 73. P. 053815. (2006).

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1) Ф.А. Болыциков, Ю.К. Воронько, А.В. Попов, П.А. Рябочкина, А.А. Соболь, С.Н. Ушаков, М.Н. Хромов. Спектроскопические свойства кристаллов кальций-ниобий-гаплиевого граната, активированного ионами Тт. // Вестник Нижегородского университета. №3. С. 49-55. (2007).

2) Ф.А. Болыциков, A.B. Малов, К.Н. Нищев, С.Н. Ушаков. Модернизация установки для регистрации спектров поглощения и люминесценции в области 0,2-2 мкм. // Приборы и техника эксперимента. №5. С. 160-162. (2007).

3) F.A. Bolschikov, M.N. Hromov, A.V. Popov, P.A. Ryabochkina, A.A. Sobol, S.N. Uscakov, Уи. К. Voronko. Spectral and laser properties ofTm-doped calcium-niobium-gallium garnet. // Proceding of SPIE. V. 6731. (2007).

4) Ф.А. Большаков. Автоматизация установки и спектроскопические исследования на ее основе кристаллов NaGd(W04)2-Tm3+ // Сборник трудов Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2007».

5) И.А. Белова, Ф.А. Болыциков, Ю.К. Воронько, A.B. Малов, A.B. Попов, П.А. Рябочкина, A.A. Соболь, С.Н. Ушаков. Интенсивность f-f переходов редкоземельных ионов Nd3+, Er3+, Tm3+ в кристаллах кальций-иобий-галлиевого граната. // Физика твердого тела. Т. 50. № 9. С. 1552-1558. (2008).

6) Ф.А. Болыциков, Ю.К. Воронько, Е.В. Жариков, Д.А. Лис, A.B. Попов, П.А. Рябочкина, К.А. Субботин. Кристаллы двойных молибдатов, активированных ионами Тт, как активные среды для лазеров двухмикронной области спектра. //: Сборник трудов 6-ой Всероссийской научной школы для студентов и аспирантов «Материалы нано-, микро- и оптоэлектроники: физические свойства применение». С. 119-120. (2008).

7) Ф.А. Болыциков. Спектрально-люминесцентные свойства разупорядоченных лазерных кристаллов двойных молибдатов, активированных ионами Тт3+ // Сборник трудов Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2008».

8) Ф.А. Болыциков, Ю.К. Воронько, Е.В. Жариков, Д.А. Лис, A.B. Попов, П.А. Рябочкина, К.А. Субботин. Спектрально-люминесцентные свойства кристаллов NaLaxGdyTmi.x./MoO^. // Сборник научных трудов VII

Международной конференции «Лазерная физика оптические технологии». Т. 3. С. 363-367. (2008).

9) Ф.А. Болыциков, Ю.К. Воронько, Е.В. Жариков, Д.А. Лис, A.B. Попов, П.А. Рябочкина, К.А. Субботин. Спектроскопия кристаллов Na-содержащих молибдатов и вольфраматов La3+ и Gd3+, активированных ионами Тт3+. // Труды XIV Всероссийской конференции «Оптика и спектроскопия конденсированных сред». С. 62-66. (2008).

10) Патент на изобретение № 23736.29. Устройство для управления шаговым двигателем монохроматора / Ф.А. Болыциков, A.B. Малов и П.А. Рябочкина. (Россия). Опубликован 20.11.2009. Бюллетень №32 за 2009 год.

11)F.A. Bolschikov, G.M. Kuz'micheva, D.A. Lis, Yu.M. Papin, A.V. Popov, V.B. Rybakov, P.A. Ryabochkina, V.G. Senin, V.A. Smirnov, K.A. Subbotin, Yu.K. Voronko, V.V. Voronov, E.V. Zharikov. Growth, refined structural and spectroscopic characteristics of Tm3 "-doped NaGdCWO,^ single crystals. //Journal of Crystal Growth. V. 311. P. 4171-4178. (2009).

12)Ф.А. Болыциков, E.B. Жариков, Д.А. Лис, A.B. Попов, П.А. Рябочкина, В.Г. Сенин, К.А. Субботин. Рост, оптические и спектроскопические свойства кристаллов разупорядоченных шеелитоподобных молибдатов NaLaxGdi.x(Mo04)2 (х=0-1), активированных ионами Тш3+. // Оптика и спектроскопия. Т. 108. № 5. (2010).

13) Ф.А. Болыциков, Е.В. Жариков, Н.Г. Захаров, Д.А. Лис, П.А. Рябочкина, К.А. Субботин, О.Л. Антипов. Двухмикронная лазерная генерация в кристаллах NaLai/2Gdi/2(W04)2, активированных ионами Тш3+. // Квантовая электроника. Т. 40. № 2. (2010).

Подписано в печать 11.02.10. Объем 1,5 п. л. Тираж 100 экз. Заказ № 239. Типография Издательства Мордовского университета 430005, г. Саранск, ул. Советская, 24

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1 Особенности получения двухмикронной генерации на переходе F4—» Нб ионов Тш3+, спектрально-люминесцентные и генерационные свойства некоторых кристаллических матриц, активированных ионами Тш3+.

1.2 Кристаллографическая структура, спектрально-люминесцентные и генерационные свойства кристаллов натрий-лантан (гадолиний) вольфраматов и молибдатов, активированных ионами Тш

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ, СПЕКТРАЛЬНО-ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ И ГЕНЕРАЦИОННЫХ СВОЙСТВ КОНЦЕНТРАЦИОННЫХ РЯДОВ КРИСТАЛЛОВ NaLaxGd1.x(W04)2 И NaLaxGd,.x(Mo04)2 (х=0-1), АКТИВИРОВАННЫХ ИОНАМИ Тш3+.

2.1 Способы получения, определение количественного состава, геометрия образцов для исследований.

2.2 Методика измерения показателя преломления и температурной зависимости показателя преломления кристаллов.

2.3 Методики исследования спектрально-люминесцентных свойств и определения спектроскопических характеристик.

2.4 Методика исследования кинетик затухания люминесценции.

2.5 Описание методики проведения генерационных исследований.

ГЛАВА 3. ДИСПЕРСИОННЫЕ И ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРЕЛОМЛЕНИЯ КРИСТАЛЛОВ ШЕЕЛИТОПОДОБНЫХ НАТРИЙ-ЛАНТАН (ГАДОЛИНИЙ) МОЛИБДАТОВ.

3.1 Дисперсионные зависимости показателя преломления кристаллов шеелитоподобных натрий-лантан (гадолиний) молибдатов.

3.2 Температурная зависимость показателя преломления кристаллов шеелитоподобных натрий-лантан (гадолиний) молибдатов.

ГЛАВА 4. СПЕКТРАЛЬНО-ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ И КИНЕТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОНЦЕНТРАЦИОННОГО РЯДА КРИСТАЛЛОВ NaLaxGd,. X(W04)2 HNaLaxGd1.x(Mo04)2 (х=0-1), АКТИВИРОВАННЫХ ИОНАМИ Тш3+.

4.1 Спектроскопические характеристики концентрационного ряда кристаллов NaLaxGdi.x(W04)2 и NaLaxGdi.x(Mo04)2 (х=0-1), активированных ионами Тт3+.

4.2 Люминесцентные исследования кристаллов концентрационного ряда NaLaxGdi.x(W04)2 и NaLaxGdix(Mo04)2 (х=0-1), активированных ионами Тш3+.

4.3 Кинетики затухания люминесценции с уровней 3Ht, 3F4 ионов Tm3+ в кристаллах смешанных шеелитоподобных натрий-лантан (гадолиний) вольфраматов и молибдатов.

ГЛАВА 5. ГЕНЕРАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА КРИСТАЛЛОВ СМЕШАННЫХ ШЕЕЛИТОПОДОБНЫХ НАТРИЙ-ЛАНТАН (ГАДОЛИНИЙ) ВОЛЬФРАМАТОВ И МОЛИБДАТОВ, АКТИВИРОВАННЫХ ИОНАМИ Тш3+.

5.1 Генерационные свойства кристаллов смешанных шеелитоподобных натрий-лантан (гадолиний) вольфраматов и молибдатов, активированных ионами Тш3+.

5.2 Заселение и релаксация энергетических уровней ионов Тш3+ в кристаллах смешанных шеелитоподобных натрий-лантан (гадолиний) вольфраматов и молибдатов в условиях лазерной генерации на переходе F4—> Нб при накачке на уровень 3Н4.

Кристаллы и стекла, активированные ионами Тш (переход F4—» Нб) выступают в качестве активных сред для создания лазеров двухмикронной области спектра, которые используются в телекоммуникационных линиях связи, медицине, системах дистанционного зондирования атмосферы, при проведении научных исследований. Эффективность лазерной генерации в различных кристаллах, активированных ионами Тш3+, во многом определяется процессом кросс-релаксации между ионами Tm3+ (3Н4—>3F4, о Л

Нб—> F4), который обеспечивает эффективное заселение верхнего лазерного уровня F4 с квантовой эффективностью равной 2.

Двухмикронная лазерная генерация на переходе 3F4—>3Нб ионов Тш3+ при таком способе заселения уровня F4 в условиях широкополосной ламповой накачки в кристаллах YAG:Cr, Tm и ГСГТ:Сг, Тш впервые получена авторами [1].

В настоящее время для накачки твердотельных лазеров широкое распространение получила полупроводниковая лазерная накачка. В условиях лазерной полупроводниковой накачки двухмикронная лазерная генерация получена на кристаллах YAG:Tm [2-6], YA103:Tm [7], которые характеризуются высокими термомеханическими параметрами, что обеспечивает их привлекательность в качестве активных лазерных сред.

Л Л

Однако следует отметить, что максимум поглощения для перехода Нб—> Н* кристаллов YAG:Tm соответствует длине волны 785 нм, поэтому для накачки данных кристаллов требуются либо дорогостоящие нестандартные диоды, либо сложные системы на основе стандартных диодов (излучение 808 нм) с охлаждением ниже 0 °С. Кроме того, малая ширина линий поглощения ионов Тш3+ в приведенных выше матрицах, при значительной зависимости спектра генерации лазерных диодов накачки от температуры, приводит к повышению требований по термостабилизации источников накачки. Это в свою очередь приводит к усложнению конструкции лазера на основе активированных кристаллов и затрудняет его использование при различных климатических условиях.

Наряду с кристаллами YAG:Tm и УАЮ3:Тш двухмикронная лазерная генерация получена на кристаллах YVO^Tm [8, 9] и YLF:Tm [10-12].

В то же время представляет интерес получение двухмикронной

3 3 генерации на переходе F4—Нб ионов Тш в кристаллах с разупорядоченной кристаллической структурой, активированных редкоземельными (РЗ) ионами. Широкие полосы поглощения РЗ ионов активаторов, вследствие разупорядоченности кристаллической структуры данных материалов, способствуют эффективному преобразованию энергии лазерной полупроводниковой накачки, обеспечивая меньшую критичность к спектральным вариациям источников накачки. Широкие полосы люминесценции ионов активаторов обеспечивают возможность перестройки длины волны лазерного излучения и получение генерации в режиме синхронизации мод.

К кристаллам с разупорядоченной кристаллической структурой относятся кристаллы шеелитоподобных двойных вольфраматов и молибдатов. Первые работы, посвященные исследованию спектрально-люминеценных и генерационных свойств кристаллов двойных вольфраматов и молибдатов с РЗ ионами, появились в 1960-х годах. Однако сравнительно невысокие термомеханические характеристики не обеспечили им широкого применения в лазерах с ламповой накачкой. Использование лазерной диодной накачки значительным образом снижает требование к термомеханическим характеристикам кристалла. В соответствии с этим, вновь представляется интересным рассматривать кристаллы двойных вольфраматов и молибдатов, активированных РЗ ионами, в качестве активных лазерных сред для компактных лазеров малой и средней мощности. Подобный интерес обусловлен следующими особенностями данных кристаллов. В соединениях такого класса существует возможность изменения параметров кристаллической решетки в широких пределах без изменения типа кристаллической структуры, что позволяет найти матрицу, в которой характер спектров поглощения и излучения активных ионов привел бы к максимальной эффективности преобразования энергии накачки в энергию излучения. Обладая большой изоморфной емкостью, вольфраматы и молибдаты редкоземельных элементов при их активации другими РЗ ионами, часто образуют непрерывный ряд растворов замещения. Это позволяет вводить в эти соединения примеси РЗ ионов в широком диапазоне концентраций от 0 до 100%.

В настоящее время в научной литературе имеются работы по исследованию спектрально-люминесцентных и генерационных свойств кристаллов шеелитоподобных натрий-лантан (гадолиний) вольфраматов [13— о г

18] и молибдатов [19-22], активированных ионами Тш . Однако в научной литературе нами не обнаружены работы по исследованию спектрально-люминесцентных и генерационных свойств кристаллов натрий-лантан (гадолиний) шеелитободобных вольфраматов и молибдатов с вариацией

О t состава La-Gd, активированных ионами Тт . Исследование концентрационного ряда кристаллов NaLaxGdix(W04)2 и NaLaxGdi.x(Mo04)2 (х=0-1), активированных ионами Тт являлось важным для поиска оптимального состава шеелитоподобных натрийсодержащих двойных вольфраматов и молибдатов, активированных ионами Тт3+, а также способствовало уточнению значений ряда важных спектроскопических характеристик, полученных для предельных членов данного концентрационного ряда: NaLa(W04)2:Tm [17, 18], NaGd(W04)2:Tm [13-16], NaLa(Mo04)2:Tm [19, 22], NaGd(Mo04)2:Tin [20, 21], значения которых у разных авторов в ряде случаев являются противоречивыми.

Важной оптической характеристикой лазерного материала является показатель преломления. Значение показателя преломления для данной длины волны необходимо при определении ряда спектроскопических и генерационных характеристик. Для увеличения эффективности лазерной генерации целесообразно нанесение антиотражающего покрытия на торцы активного элемента, что невозможно без знания величины показателя преломления материала, из которого выполнен активный элемент. Кроме того, для лазерных материалов важно значение температурного коэффициента показателя преломления так как при проведении генерационных экспериментов в условиях оптической накачки в большинстве случаев возникает радиальный градиент температуры в активном элементе. Вследствие этого возможно образование термической dn линзы, характеристики которой зависят от величины и знака —. dT

Из научных источников известны зависимости показателя преломления от дины волны п(Х-) для шеелитоподобных натрий-лантан (гадолиний) вольфраматов, однако аналогичных зависимостей для обыкновенной и необыкновенной длин волн в случае шеелитоподобных натрий-лантан (гадолиний) молибдатов нами не обнаружены. Поэтому представлялось целесообразным провести измерения показателей преломления п для различных значений длин волн для натрий-лантан (гадолиний) молибдатов, а также исследовать температурную зависимость показателя преломления для данных кристаллов.

Кроме того, в ходе настоящего исследования представлялось интересным выполнить сравнительный анализ спектрально-люминесцентных и генерационных характеристик разупорядоченных кристаллов шеелитоподобных натрий-лантан (гадолиний) вольфраматов и молибдатов, активированных ионами Тш3+ с аналогичными характеристиками близких к ним по термомеханическим свойствам разупорядоченных кристаллов кальций-ниобий-галлиевого граната, активированных Тш3+.

Таким образом, целью настоящей работы являлось исследование спектрально-люминесцентных свойств кристаллов разупорядоченных шеелитоподобных натрий-лантан (гадолиний) вольфраматов NaLaxGdi X(W04)2 (х=0-1) и молибдатов NaLaxGdix(Mo04)2 (х=0-1), активированных ионами Tm3+, и возможности их использования в качестве активных сред для лазеров двухмикронной области спектра в условиях лазерной диодной накачки.

Для реализации поставленной цели ставились и решались следующие задачи:

1) исследование спектрально-люминесцентных свойств концентрационных рядов кристаллов NaLaxGdi.x(W04)2 (х=0-1) и NaLaxGdi. о I х(Мо04)2 (х=0-1), активированных ионами Тш ;

2) проведение генерационных экспериментов на кристаллах NaLao,46Gdo,46(W04)2:Tm (CTm=2,6 ат. %), NaLao,3iGdo,62(Mo04)2:Tm (CTm=4,8 ат. %) в условиях лазерной диодной накачки;

3) моделирование процессов заселения и релаксации энергетических уровней ионов Тш в кристаллах NaLa0;46Gdo,46(W04)2:Tm (Стт=2,6 ат. %), NaLao,3iGdo,62(Mo04)2:Tm (Стпг^Б ат. %) и определение плотности потока фотонов в резонаторе при получении лазерной генерации на переходе

2 "3 о

F4—> Нб в условиях накачки на уровень Н4;

4) исследование дисперсионных и температурных зависимостей показателя преломления кристаллов натрий-лантан (гадолиний) шеелитоподобных двойных молибдатов.

Научная новизна

Впервые исследованы спектроскопические характеристики (силы осцилляторов, вероятности переходов) концентрационных рядов кристаллов смешанных шеелитоподобных двойных вольфраматов NaLaxGdi.x(W04)2 и

От молибдатов NaLaxGdix(Mo04)2 (х=0-1), активированных ионами Тш .

Получены спектральные зависимости сечения усиления для лазерного перехода 3F4—»3Н6 ионов Тш3+ в кристаллах NaLa0,46Gd046(WO4)2:Tm и NaLa0,31 Gd0,62(MoO4)2:Tm. о

Впервые реализована лазерная генерация на переходе F4—► Нб ионов о (

Тт в кристаллах NaLa0(46Gdo,46(W04)2:Tm (CTm=2,6 ат. %) в условиях лазерной диодной накачки. Получено лазерное излучение я- и о-поляризаций на длинах волн 1908 нм и 1918 нм при дифференциальной эффективности 34 % и 30 % соответственно. В данных кристаллах реализована перестраиваемая лазерная генерация в спектральном диапазоне 1860-1940 нм. Впервые реализована лазерная генерация на переходе 3F4^3H6 ионов Тш3+ в кристаллах NaLa0,3iGd0,62(MoO4)2:Tm (Стт=4,8 ат. %) в условиях лазерной диодной накачки. Получено лазерное излучение тг- и о-поляризаций на длинах волн 1910 нм и 1918нм при дифференциальной эффективности 27 % и 23 % соответственно.

В результате численного решения системы балансных уравнений для кристаллов NaLao,46Gd()46(W04)2:Tm (Стт=2,6 ат. %) и NaLa0,3iGdo,62(Mo04)2:Tm (CTm=4,8 ат. %) получены временные зависимости населенности энергетических уровней 3Н4, 3F4 и 3Нб ионов Тт3+, участвующих в получении лазерной генерации на переходе 3F4—>3Н6 ионов эх

Тш , и плотности потока фотонов в резонаторе. Получены зависимости времени начала генерации и выходной мощности лазерного излучения от мощности излучения лазерного диода накачки.

Впервые получены дисперсионные зависимости и значения температурного коэффициента показателей преломления (к=546,07 нм) для кристаллов NaLa0,465Gdo,465(Mo04)2:Tm (Стт=3,5 ат. %) и NaLa0,495Gdo,469(Mo04)2:Tm (CTm=0,5 ат. %).

Практическое значение Результаты, полученные в работе, могут быть использованы при создании твердотельных лазеров средней и малой мощности с полупроводниковой накачкой, генерирующих в ближней ИК-области (около 2 мкм), перестраиваемых по длине волны излучения.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1) значения сил осцилляторов, вероятностей излучательных переходов о t между энергетическими уровнями ионов Тт , коэффициентов ветвления люминесценции и квантового выхода люминесценции с уровня 3Н4 ионов

•31

Тт для концентрационных рядов кристаллов NaLaxGd1.x(W04)2:Tm (х=0-1) и NaLaxGdi.x(Mo04)2:Tm (х=0-1);

2) спектральные зависимости сечения усиления для лазерного п " о перехода F4—» Н6 ионов Тт кристаллов NaLao,46Gdo,46(W04)2:Tm (CTm=2,6 ат. %) и NaLa0,3iGdo762(Mo04)2:Tm (Стш=4,8 ат. %) для значений параметра относительной инверсной населенности Р=0,1; 0,2 и 0,3, полученные из спектральных зависимостей сечений поглощения и люминесценции

3 3 переходов F4-*-> Н6;

Ч 'З

3) результаты генерационного эксперимента на переходе F4—> Н6 о ■ ионов Тт в кристаллах NaLa0,46Gd0j46(WO4)2:Tm (CTm=2,6 ат. %) и NaLa0,3iGd0i62(MoO4)2:Tm (CTm=4,8 ат. %);

4) временные зависимости населенностей уровней, участвующих в о о 04. получении лазерной генерации на переходе F4—> Н6 ионов Тт , и плотности потока фотонов в резонаторе лазера на основе кристаллов NaLao,46Gdo,46(W04)2:Tm (CTm=2,6 ат. %) и NaLa0,3iGd0,62(MoO4)2:Tm (CTm=4,8 ат. %), полученные в ходе численного решения системы балансных уравнений.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка использованной литературы. Общий объем диссертации 117 страниц машинописного текста, включая 40 рисунков, 26 таблиц и библиографию, содержащую 69 наименований.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе решена задача изучения спектрально-люминесцентных и генерационных свойств кристаллов натрий-лантан (гадолиний) шеелитоподобных вольфраматов и молибдатов, активированных ионами Тт3+, с целью использования этих кристаллов в качестве активных сред твердотельных лазеров.

В работе получены следующие основные результаты:

1) определены спектроскопические характеристики (силы осцилляторов, параметры интенсивности, вероятности ряда излучательных переходов ионов Тт3+ для кристаллов NaLaxGdix(W04)2:Tm (х=0-1) и NaLaxGdi.x(MoC>4)2:Tm (х=0— 1). Из сравнительного анализа о I спектроскопических характеристик ионов Tm в кристаллах NaLaxGdi x(W04)2:Tm (х=0-1) и NaLaxGdix(Mo04)2:Tm (х=0-1) следует, что в кристаллах соответствующего концентрационного ряда не происходит значительного изменения локального окружения оптических центров ионов Тт3+;

2) в результате сравнительного анализа спектроскопических характеристик кристаллов смешанных шеелитоподобных натрий-лантан (гадолиний) вольфраматов (NLGW:Tm) и молибдатов (NLGM:Tm) с аналогичными характеристиками кристаллов иттрий-алюминиевого граната (YAG:Tm) и кальций-ниобий-галлиевого граната (CNGG:Tm) показано: а) кристаллы NLGW:Tm и NLGM:Tm по сравнению с YAG:Tm и CNGG:Tm характеризуются высокими значениями сечений поглощения и люминесценции, а также значением параметра интенсивности П2, что обусловлено более низкой симметрией кристаллического окружения ионов

•5 t

Tm в кристаллах шеелитоподобных натрий-лантан (гадолиний) вольфраматов и молибдатов, по сравнению с кристаллами YAG:Tm и о

CNGG:Tm; б) квантовый выход люминесценции с уровня Н4 в кристаллах NLGW:Tm и NLGM:Tm более чем в 1,5 раза выше соответствующего значения в кристаллах ИАГ:Тт и КНГГ:Тт, что связано с малой величиной многофононной релаксации с уровня ЕЦ в кристаллах NLGW:Tm и NLGM:Tm;

3) получены спектральные зависимости сечения поглощения и

3 3 люминесценции переходов Нб<-> F4 для кристаллов NaLao^Gdo^CWC^^Tm и NaLa0,3iGdo,62(Mo04)2:Tm. С использованием этих зависимостей получены спектральные зависимости сечения усиления лазерного перехода 3F4^3H6, из которых следует, что область положительного усиления при значении параметра относительной инверсной населенности Р=0,3 для кристаллов NaLa0,46Gdo,46(W04)2:Tm и NaLa0,3iGd0,62(MoO4)2:Tm соответствует диапазонам длин волн 1830-2000 нм и 1800-2000 нм;

4) в рамках приближения пространственно-независимых скоростных уравнений реализованы кинетические модели квазитрехуровневых лазеров на основе кристаллов NaLa0,46Gd0,46(WO4)2:Tm (Стпг^б ат. %) и NaLao,3iGdo,62(Mo04)2:Tm (CTm=4,8 ат. %). В результате численного решения системы балансных уравнений для соответствующих кристаллов получены временные зависимости плотности населенностей энергетических уровней ионов Тш3+, участвующих в получении лазерной генерации на переходе

3 3

F4—> Нб и плотности потока фотонов в резонаторе. Получены зависимости времени начала генерации и выходной мощности лазерного излучения от мощности излучения лазерного диода накачки;

5) реализована лазерная генерация на переходе 3F4—>3Н6 ионов Тт3+ в кристаллах NaLao^Gdo^CWC^iTm (Стт=2,6 ат. %) в условиях лазерной диодной накачки. Получено лазерное излучение тс- и а-поляризаций на длинах волн 1908 нм и 1918 нм при дифференциальной эффективности 34 % и 30 % соответственно. Для данных кристаллов реализована перестраиваемая лазерная генерация в спектральном диапазоне 1860-1940 нм;

3 3 34.

6) реализована лазерная генерация на переходе F4—» Н6 ионов Тш в кристаллах NaLa^, Gd0,62(MoO4)2:Tm (Стт=4,8 ат. %) в условиях лазерной диодной накачки. Получено лазерное излучение к- и а-поляризаций на длинах волн 1910нми1918нм при дифференциальной эффективности 27 % и 23 % соответственно.

7) получены дисперсионные зависимости и температурный коэффициент показателей преломления для кристаллов NaLa0i465Gdo,465(Mo04)2:Tm (CTm=3,5 ат. %) и NaLao,495Gdo,495(Mo04)2:Tm (Стт=0,5 ат. %). Установлено, что зависимость п(Т) носит линейный характер, а с ростом температуры значения показателей преломления па и пе уменьшаются, что приведет к образованию отрицательной термической линзы в активных элементах из исследуемых кристаллов.

В заключение считаю своим приятным долгом поблагодарить доцента кафедры общей физики МГУ им. Н.П. Огарева к. ф.-м. н. П.А. Рябочкину за предложенную тему, руководство работой и ценные советы при обсуждении результатов. Благодарю заведующего кафедрой химии и технологии кристаллов д. т. н., профессора Е.В. Жарикова; к. т. н, с. н. с. ИОФ им. A.M. Прохорова РАН К.А. Субботина; н. с. ИОФ им. A.M. Прохорова РАН Д.А. Лиса за предоставленные кристаллы для исследований. Выражаю благодарность ректору ННГУ им. Н.И. Лобачевского д. ф.-м. н., профессору Е.В. Чупрунову и доценту кафедры кристаллографии и экспериментальной физики ННГУ им. Н.И. Лобачевского М.О. Марычеву за предоставленную возможность работы в оптической лаборатории НОЦ ФТНС ННГУ им. Н.И. Лобачевского. Также благодарю С.В. Лаврищева и В.Г. Сенина за проведение экспериментов по определению количественного состава кристаллов, к.ф.-м.н., с.н.с. НИФТИ при ННГУ им. Н.И. Лобачевского Трушина В.Н. и к.ф.-м.н. в.н. с. Воронова В.В. за проведение экспериментов по ориентации исследуемых кристаллов. Выражаю благодарность с. н. с. ИОФ им. A.M. Прохорова РАН А.В. Попову за помощь при регистрации кинетик затухания люминесценции, н. с. ИПФ РАН Н.Г. Захарову за помощь при проведении генерационных экспериментов. Благодарю к. ф.-м. н., с. н. с. ИОФ им. A.M. Прохорова РАН С.Н. Ушакова, к. ф.-м. н., с. н. с. НПЦ «ЭЛС-94» A.M. Онищенко; к. ф.-м. н., в. н. с. ИПФ РАН О.Л. Антипова за ценные замечания, высказанные в процессе обсуждения работы. Благодарю сотрудников оптического участка ИОФ им. A.M. Прохорова Е.Н. Беляева и Е.А. Моисееву за изготовление образцов, а также сотрудника оптического участка ИПФ РАН Н.К. Чакрыгина за изготовление активных лазерных элементов.

1. Б.М. Антипенко, В.А. Бученков, Т.И. Киселева, Л.И. Крутова, А.А. Никитичев, В.А. Письменный. Туллиевый лазер. // Письма в ЖТФ. Т. 15. В. 16. С. 80-83.(1989).

2. P.J.M. Suni, S.W. Henderson. 1-mJ/pulse Tm:YAG laser pumped by a 3-W diode laser. // Optics Letters. V. 16, № 11. P. 817-819. (1991).

3. R.C. Stoneman, L. Esterowitz. Efficient, broadly tunable, laser-pumped Tm:YAG and Tm:YSGG cw lasers. // Optics Letters. V. 15. № 9. p. 486-488. (1990).

4. E.C. Honea, R.J. Beach, S.B. Sutton, J.A. Speth, S.C. Mitchell, J.A. Skidmore, M.A. Emanuel, S.A. Payne. 115-W Tm:YAG Diode-Pumped Solid-State Laser. // Lournal of Quantum Electronics. V. 33. № 9. P. 1592-1600. (1997).

5. J.D. Kmetec, T.S. Kubo, T.J. Kane. Laser performance of diode-pumped thulium-doped Y3AI5O12, (Y, Lu)3Al5Oi2 and Lu3Al5Oi2 crystals. // Optics Letters. V. 19. №3. P. 186-188.(1994).

6. L. Cheng, J. Song, D. Shen, N.S. Kim, K. Ueda. Diode-pumped high-efficiency Tm:YAG laser. // Optics Express. V. 4. № 1. P. 12-18. (1999).

7. I. Razdobreev, A. Shestakov. Self-pulsing of a monolithic Tm-doped YAIO3 microlaser. // Physical Review A. V. 73. P. 053815. (2006).

8. H. Saito, S. Chaddha, R.S.F. Chang, N. Djeu. Efficient 1.94-um Tm3+ laser in YVO4 host. // Optics Letters. V. 17, № 3. P. 189-191. (1992)

9. J.J. Zayhowski, J. Harrison, C. Dill III, J. Ochoa. Tm:YV04 laser. Applied Optics. V. 34. № 3. P. 435-437. (1995).

10. P.A. Budni, M.L. Lemons, J.R. Mosto, E.P. Chicklis. High-power/high-brightness diode-pumped 1.9-um Thulium and resonantly pumped 2.1-urn Holmium lasers. // IEEE J. on Selected Topics in Quantum Electron. V. 6. P. 629635. (2000).

11. A. Dergachev, К. Wall, P.F. Moulton. A CW side-pumped Tm:YLF laser. // A proceedings of Advanced Solid State Lasers. (2002).

12. J.K. Jabczynski, L. Gorajek, W. Zendzian, J. Kwiatkowski, H. Jelinkova, J. Sulc, M. Nemec. The investigations of tunable, high peak power, diode pumped Tm:YLF laser. //Proceedings of SPIE. V. 7141. (2008).

13. Е.В. Жариков, Д.А. Лис, А.В. Попов, К.А. Субботин, С.Н. Ушаков,

14. A.В. Шестаков, И. Раздобрев. Генерационные сквойства кристаллов натрий7 Iгадолиниевого вольфрамата NaGd(W04)2, активированного ионами Тт . // Квантовая электроника. Т. 36. № 6. С. 515-516. (2006).

15. H. Wang, G. Jia, F. Yang, Y. Wei, Z. You, Y. Wang, J. Li, Z. Zhu, X. Lu, C. Tu. Growth and spectral properties of Tm3+-doped NaGd(W04)2 crystal. // Appl. Phys. В. V. 83. P. 579-585. (2006).

16. Y. Wei, C. Tu, H. Wang, F. Yang, G. Jia, Z. You, J. Li, Z. Zhu, Y.о ■

17. Wang. Thermal and optical properties of Tm :NaLa(W04)2 crystal. // Appl. Phys.1. B. (2007).

18. L.D. Merkle, J.B. Gruber, M.D. Seltzer, S.B. Stevens, Т.Н. Allik. Spectroscopic analysis of Tm3+:NaLa(Mo04)2. // J. Appl. Phys. V. 72. № 9. P. 4269-4274. (1992).

19. Ю.К. Воронысо, E.B. Жариков, Д.А. Лис, A.B. Попов, B.A. Смирнов,34*

20. K.A. Субботин. Спектроскопия кристаллов NaLa(Mo04)2:Tm и NaGd(Mo04)2:Tm3+ перспективных лазерных материалов. // Физика твердого тела. Т. 50. № 9. с. 1547-1551. (2008).

21. W. Guo, Y. Chen, Y. Lin, X. Gong, Z. Luo, Y. Huang. Spectroscopic analysis and laser performance of Tm3+:NaGd(Mo04)2 crystal. // J. Phys. D: Appl. Phys. V. 41. (2008).

22. W.J. Guo, Y.J. Chen, Y.F. Lin, X.H. Gong, Z.D. Luo, Y.D. Huang. Spectroscopic properties and laser performance of Tm -doped NaLa(Mo04)2 crystal. // J. Appl. Phys. V. 103. P. 093106. (2008).

23. A.H. Алпатьев, А.Л. Денисов, E.B. Жариков, Д.А. Зубенко, С.П. Калитин, М.А. Ногинов, З.С. Саидов, В.А. Смирнов, А.Ф. Умысков, И.А.1. О I О I

24. Щербаков. Лазер двухмикронного диапазона на кристалле ИСГГ: Cr , Тт . //Квантоваяэлектроника. Т. 17. № 7. С. 861-863. (1990).

25. J.B. Gruber, М.Е. Hills, R.M. Macfarlane, С.A. Morrison, G.A. Turner,

26. G.J. Quarles, G.J. Kintz, L. Esterowitz. Spectra and energy levelt of Tm3+:Y3Al50i2. // Physical Review В. V. 40. № 14. P. 9464-9478. (1989).

27. L.S. Rothman, R.R. Gamache, A. Goldman, L.R. Brown, R.A. Toth,

28. H.M. Pickett, R.L. Poynter, J.-M. Flaud, C. Camy-Peyret, A. Barbe, N. Husson, C.P. Rinsland, M.A.H. Smith. The HITRAN database: 1986 edition. // Appl. Opt. V. 26. № 19. P. 4058-4097. (1987).

29. M.B. Мохосоев, Ф.П. Алексеев, В. Л. Бутуханов. Двойные молибдаты и вольфраматы. / Новосибирск: Наука. (1981).

30. А.Г. Бетехтин. Минералогия. /М.: Госгеолиздат. (1950).

31. В.К. Трунов, В.А. Ефремов, Ю.А. Великодный. Кристаллохимия и свойства двойных молибдатов и вольфраматов. / Ленинград: Наука. С. 16-25. (1986).

32. A.M. Морозов, М.Н. Толстой, П.П. Феофилов. Люминесценция неодима в кристаллах типа шеелита. // Оптика и спектроскопия. Т. 22. № 2. С. 258-265. (1967).

33. Г.Ф. Бахшиева, В.Е. Карапетян, A.M. Морозов. Оптические характеристики монокристаллов молибдата лантана-натрия. // Оптика и спектроскопия. Т. 20. С. 918-920. (1966).

34. И. Нараи-Сабо. Неорганическая кристаллохимия. / Будапешт: Издательство академии наук Венгрии. (1969).

35. A.W. Sleight. // Acta Cryst. V. 28. P. 2899. (1972).

36. M.B. Мохосоев, В.И. Кривобок, С.М. Алейкина. // Неорганические материалы. Т. 3. № 9. С. 1657-1660. (1967).

37. N. Faure, С. Borel, М. Couchaud, G. Basset, R. Templier, С. Wyon. // Appl. Phys. В. V. 63. P. 593-598. (1996).

38. V. Volkov, C. Zaldo. // J. Crystal Growth. V. 206. P. 60-64. (1999).

39. П.В. Клевцов, В.А. Винокуров, Р.Ф. Клевцова. // Кристаллография. Т. 18. С. 1192-1197.(1973).

40. G.M. Kuz'micheva, D.A. Lis, К.А. Subbotin, V.B. Rybakov, E.V. Zharikov. //J. Crystal Growth. P. el835-el842. (2005).

41. E.J. Jarosewich. Smithsonian microbeam standards. // J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. V. 107, P. 681-685. (2002).

42. E. Jarosewich, L. Boatner. Rare-earth element reference samples for electron microprobe analysis. // Geostand. Newslett. V. 15 (2). P. 307-309. (1991).

43. К.Н. Нищев. Лобораторный практикум по общей физике. Оптика. / Саранск: Изд-во Мордов. ун-та. (2000).

44. Справочник по лазерам. Т. 1. / М.: Советское радио. (1978).

45. B.R. Judd. // Phys. Rev. V. 127. № 3. P. 750-760. (1962).

46. G.S. Ofelt. // J. Chem. Phys. V. 37. № 3. P. 511-520. (1962).

47. S. Geller, G.P. Espinosa, P.B. Crandall. Thermal expansion of yttrium and gadolinium ion, gallium and aluminum garnets. // J. Appl. Cryst. V. 2. P. 86. (1969).

48. S.A. Payne, L.L. Chase, L.K. Smith, W.L. Kway, W.F.Krupke. Infrared cross-sections measurements for crystals doped with Er3+, Tm3+ and Ho3+. // IEEE J. Quantum Electronics. V. 28. №. 11. (1992).

49. E.V. Pestryakov, V.V. Petrov, V.I. Trunov et al. // Proceedings of SPIE. V. 4350. P. 68-74. (2001).

50. C. Cascales, M.D. Serrano, F. Esteban-Betegon, C. Zaldov. Structural, spectroscopic, and tunable laser properties of Yb3+-doped NaGd(W04)2. // Physical RewiewB. V. 74. P. 174114. (2006).

51. H. Wang, G. Jia, F. Yang, Y. Wei. Spectroscopic properties of Pr3+ ions in NaGd(W04)2 crystal. // Journal of applied physics. V. 100. P. 113117. (2006).

52. A. Garcia-Cortes, J.M. Cano-Torres, X. Han, C. Cascales, C. Zaldo. Tunable continuous wave and femtosecond mode-locked Yb3+ laser operation in NaLu(W04)2. // Journal of applied physics. V. 101. P. 063110. (2007).

53. C.K. Jorgensen, B.R. Judd. // Mol. Phys., V. 8. P. 281. (1964).

54. S. Tanade, T. Ohyagi, N. Soga, T. Hanada. // Phys. Rev. В. V. 46. №6. P. 3305-3310.

55. A.B. Малов, M.O. Марычев, П.А. Рябочкина, H.B. Сомов, С.Н. Ушаков, Е.В. Чупрунов. Спектроскопические и структурные свойства кристаллов кальций-ниобий-галлиевого граната, активированных ионами

56. Er3+. // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. В. 6. С. 46-51.(2008).

57. Ю.К. Воронько, А.В. Малов, К.Н. Нищев, П.А. Рябочкина, А.А. Соболь, С.Н. Ушаков. Параметры интен-сивности для ио-нов Ег3+ в кристалле кальций-ниобий-галлиевого граната. // Оптика и спектроскопия. Т. 102. № 5. С. 788-793. (2007).

58. Г.М. Кузьмичева, А.В. Еремин, В.Б. Рыбаков и др. // Журнал Неорганической Химии. 2009. Т. 54. №6. В печати.

59. Ю.К Воронько, С.Б Гессен, Н.А. Еськов, В.В. Осико, А.А. Соболь, С.Н. Ушаков, Л.И. Цымбал. // Квантовая электроника. Т. 15. С. 312. (1988).

60. Ю.К. Воронько, Н.А. Еськов, С.Б. Гессен, А.А. Соболь, С.Н. Ушаков, Л.И. Цымбал. // Квантовая электроника. Т. 17. С. 363. (1990).

61. Ю.К. Воронько, Н.А. Еськов, А.С. Подставкин, П.А. Рябочкина, А.А. Соболь, С.Н. Ушаков. //Квантовая электроника. Т. 31. С. 363. (2001).

62. Ю.К. Воронько, С.Б. Гессен, Н.А. Еськов, П.А. Рябочкина, А.А. Соболь, С.Н. Ушаков, Л.И. Цымбал. // Квантовая электроника. Т. 20. С. 363. (1993).

63. Ю.К. Воронько, С.Б. Гессен, Н.А. Еськов, А.А. Кирюхин, П.А. Рябочкина, А.А. Соболь, В.М. Татаринцев, С.Н. Ушаков, Л.И. Цымбал. // Квантовая электроника. Т. 20. С. 1100. (1993).

64. Yu.K. Voronko, А.А. Sobol, A.Ya. Karasik, N.A. Eskov, P.A. Rabochkina, S.N. Ushakov. // Optical Materials. V. 20. P. 197. (2002).

65. Ф.А Болыциков, П.А.Рябочкина, А.В. Попов, С.Н. Ушаков. // Оптический журнал. Т. 73. С. 61-65. (2006).

66. Ю.К. Воронько, А.В. Малов, К.Н. Нищев, П.А. Рябочкина, А.А. Соболь, С.Н. Ушаков. // Оптика и спектроскопия. Т. 102. С. 722. (2007).

67. О. Звелто. Принципы лазеров. С.-Петербург, Москва, Краснодар.

68. Лазер на кристаллах иттрий-эрбий-алюминиевого граната. — М.: Наука, 1989. (Труды ИОФАН, Т. 19).

69. Ю. Айхлер, Г.-И. Айхлер. Мир физики и техники. Лазеры. Исполнение, управление, применение. М.: Техносфера, 2008.

70. Х.С. Багдасаров, В.И. Жеков, В.А. Лобачев, А.А. Маненков, Т.М. Мурина, A.M. Прохоров, М.И. Студеникин, Е.А. Федоров. Кросс-релаксационный УАО-Ег3+-лазер. // Труды ИОФАН. Т. 15. С. 5-68. (1989).

71. Зубенко Д.А., Ногинов М.А., Смирнов В.А., Щербаков И.А. Взаимодействие возбужденных ионов гольмия и тулия в кристаллах иттрий-скандий-галлиевых гранатов // Журнал прикладной спектроскопии. 1990. Т. 52. С. 598-602.2008.