Спектроскопические и лазерные свойства кристаллов гексаалюминатов бериллия и бериллия-лантана, активированных ионами хрома и титана тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

На правахрукописи

ПЕТРОВ Виктор Валерьевич

СПЕКТРОСКО1ШЧЕСКИЕ И ЛАЗЕРНЫЕ СВОЙСТВА КРИСТАЛЛОВ ГЕКСААЛЮМИНАТОВ БЕРИЛЛИЯ И БЕРИЛЛИЯ-ЛАНТАНА, АКТИВИРОВАННЫХ ИОНАМИ ХРОМА И ТИТАНА

Специальность 01.04.21 - лазерная физика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Новосибирск - 2004

Работа выполнена в Институте лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук

Пестряков Ефим Викторович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор

Анциферов Виталий Васильевич

кандидат физико-математических наук Пивцов Виктор Сергеевич

Ведущая организация: Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук, г. Новосибирск.

Защита диссертации состоится 2004 года

в АС часов на заседании диссертационного совета Д00З.024.0Г при Институте лазерной физики СО РАН по адресу 630090, г. Новосибирск, пр. Лаврентьева, Г3/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института лазерной физики СО РАН.

Автореферат разослан " " д-д-яа-.ОДГгя—. 2004 г,

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат физико-математических наук

Н.Г. Никулин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Исследование физических, спектроскопических и лазерных свойств новых кристаллических матриц, активированных примесными ионами, для создания на их основе перестраиваемых по частоте лазеров и лазерных систем, генерирующих сверхкороткие импульсы (СКИ) является одним из основных направлений квантовой электроники. Оба типа этих источников излучения находят широкое применение в фундаментальных исследованиях по нелинейной оптике, фотохимии, атомной и молекулярной спектроскопии, в оптических стандартах частоты. Они также используются в исследовании свойств полупроводниковых материалов и взаимодействия СКИ с веществом, в системах связи, в том числе волоконно-оптической, дистанционного, зондирования атмосферы, в лазерной медицине и т.д. Современный этап развития физики твердотельных лазеров характеризуется активным поиском путей и методов получения аномально широких полос генерации стимулированного излучения в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазонах и созданием на их основе перестраиваемых по частоте источников излучения и лазеров с предельно короткой для этих диапазонов длительностью импульсов.

При поиске новых лазерных сред важными критериями выбора являются: высокая фотохимическая стойкость и механическая прочность матрицы, воспроизводимость процесса роста кристаллов, большое сечение вынужденного излучения и широкая область перестройки, возможность работы в режиме с большой выходной мощностью при комнатной температуре, отсутствие поглощения в области генерации, наличие источников накачки с излучением, хорошо согласующимся с полосами поглощения примесного иона, и высокое оптическое качество кристалла.

Лазерные среды, работающие на электронно-колебательных переходах примесных ионов в кристаллах хорошо удовлетворяют приведенным требованиям [1]. Примесные ¿-ионы группы переходных металлов позволяют получать излучение и на электронных, и на электронно-колебательных переходах с участием фононов решетки, при этом в последнем случае становится возможной широкополосная лазерная генерация. Использование электронно-колебательных полос для генерации вынужденного излучения было предложено достаточно давно [2, 3] и впервые генерация когерентного излучения на электронно-колебательном переходе была экспериментально получена в кристалле №2+:М^Б2 при низких температурах [4]. Реализация перестраиваемой по частоте генерации в кристалле александрита [5] при комнатной температуре положила начало активному поиску новых твердотельных матриц и ионов с целью расширения диапазона генерации и осуществления различных режимов накачки и генерации [6, 7]. Использование

кристаллов с примесными ¿-ионами переходной группы элементов обеспечило значительный прогресс в области генерации СКИ длительностью 10"-КГ" секунд [8, 9]. Лазерные среды на этих ионах с незаполненными с1-оболочками, обладая широкими электронно-колебательными полосами усиления, оказались приемлемыми для генерации непосредственно в лазерах сверхкоротких оптических импульсов.

Несмотря на то, что опубликовано большое количество работ, посвященных перестраиваемым твердотельным лазерам [10], задача поиска новых матриц, активированных примесными ионами, используемых в качестве широкополосных активных сред для перестраиваемых лазеров и фемтосекундных лазерных систем, остается актуальной.

Цель диссертационной работы

Цель работы состоит в определении физических, спектроскопических и лазерных свойств новых кристаллических матриц - гексаалюмината бериллия (ВеА16Ою) и гексаалюмината бериллия-лантана (ВеЬаА^О^), активированных ионами и для создания эффективных

широкополосных активных сред перестраиваемых лазеров ближнего инфракрасного диапазона.

Научная новизна

1. Впервые исследованы оптические свойства кристаллов ВеА16О|0 и BeLaAl11O19, измерены показатели преломления и их дисперсии, проведена оценка нелинейных показателей преломления.

2. Впервые определен ряд важных динамических параметров (коэффициент теплопроводности, модуль объемной упругости, модуль сдвига, коэффициент Пуассона, модуль Юнга, температура Дебая), отвечающих за предельные прочностные характеристики кристаллов гексаалюминатов бериллия и бериллия-лантана.

3. Впервые в кристалле ВеЬаА1цО|9 исследованы особенности люминесценции и температурные зависимости времени жизни возбужденного состояния ионов

4. На основании проведенных спектроскопических измерений, которые для ионов Сг3* и "Л3+ в к р и с л и выполнены впервые, определены величины сечения вынужденного излучения.

5. Впервые получена и исследована перестраиваемая лазерная генерация на электронно-колебательном переходе ионов

Сг3+ в

гексаалюминате бериллия при импульсной ламповой накачке.

6. Впервые реализован режим непрерывной лазерной генерации и осуществлена перестройка излучения Сг:ВеА16О10-лазера.

Прастическая ценность работы

1. Продемонстрирована возможность создания твердотельного перестраиваемого широкополосного лазера ближнего ИК диапазона на основе Сг:ВеА!бО|о, работающего в различных режимах при комнатной температуре.

2. Результаты исследования особенностей генерационных характеристик позволяют определить требования к источникам накачки и другим элементам лазеров, работающих на электронно-колебательных переходах примесных ионов в кристаллах

3. Результаты проведенных исследований спектроскопических и лазерных свойств ионов могут быть положены в основу разработок новых эффективных источников широкополосного перестраиваемого излучения, на основе бериллийсодержащих алюминатов, активированных ¿/-ионами.

4. Проведенные исследования оптических и физических свойств кристаллов позволили установить, что измеренные термодинамические характеристики, широкая область оптического пропускания и возможность активирования ионами группы железа обеспечивают перспективность их применения в качестве матриц для создания активных сред перестраиваемых по частоте и СКИ лазеров.

Автор выносит на защиту

1. Результаты измерений оптических (показатели преломления, их дисперсия, спектры оптического поглощения) и упругих свойств кристаллов ВеА1бОю и ВеЬаА1цС>19.

2. Спектроскопические и релаксационные характеристики ионов Сг3+ и в кристаллах измеренные в спектральной

области 300 - 1100 нм, свидетельствуют, что примесные ионы находятся в ВеАЦОм в более слабом кристалическом поле по сравнению с ВеЬаА^О^.

3. Кристаллы ВеАЦОю, активированные ионами Сг3*, позволяют реализовать перестраиваемую генерацию в спектральной области 780-920 нм при импульсной ламповой и в области 802-881 нм при непрерывной когерентной накачке излучением аргонового лазера при комнатной температуре.

Апробация работы

Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на V Международном симпозиуме "Сверхбыстрые процессы в спектроскопии" (Вильнюс, 1987); XIII, XIV и XVII Международных конференциях по когерентной и нелинейной оптике, КиНО-ICONO (Минск, 1988, 1991 и 2001); Международной конференции "Лазеры-88" (Болгария, Пловдив, 1988); VI, VII, VIII, IX, X и XI Международных конференциях "Оптика лазеров" (Ленинград - С. Петербург, 1990, 1993, 1995, 1998,2000 и 2003); Всесоюзной

конференции по спектроскопии кристаллов (Ленинград, 1990); V Международной конференции "Перестраиваемые лазеры" (Байкал, 1989); X и XI Международных Феофиловских симпозиумах по спектроскопии кристаллов, активированных ионами редкоземельных и переходных металлов (С. Петербург, 1995 и Казань, 2001); Российско-Германских лазерных симпозиумах RGLS-1997 (Россия, Новосибирск), GRLS-1998 (Germany, Munich), RGLS-2000 (Россия, Владимир), GRLS-2002 (Germany, Pommersfelden); International Conference on Lasers, Lasers-98 (USA, Arizona, Tucson, 1998); Second Italian-Russian Symposium on Ultrafast Optical Physics, ITARUS'99 и Fifth Italian-Russian Symposium on Laser Physics and Technologies, ITARUS'2003 (Moscow, 1999, 2003); VIII (LPHYS-99) и X (LPHYS-01) International Laser Physics Workshops (Hungary, Budapest, 1999 и Moscow, 2001); III International Symposium on Modern Problems of Laser Physics, MPLP-2000 (Novosibirsk, 2000); International Conference on Laser and Electrooptics, CLEO Europe-2000 (France, Nice, 2000); International Conference on Lasers, Applications and Technologies, LAT 2002 (Moscow, 2002); XVI JahnTeller conference (Belgium, Leuven, 2002); International Conference on Lasers and Electro-Optics/Europe and the European Quantum Electronics Conference, CLEO/Europe-EQEC 2003 (Germany, Munich, 2003); International Symposium "Topical Problems of Nonlinear Wave Physics", NWP-2003 (Nizhny Novgorod, 2003).

Публикации

Основные результаты, изложенные в диссертации, опубликованы в 16 печатных работах, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка. Работа содержит 145 страниц текста, 40 рисунков и 15 таблиц. Библиографический список насчитывает 139 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации и определейа цель работы. Приводится краткое содержание работы, сформулированы защищаемые положения, научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе диссертации проведено описание особенностей спектральных свойств примесных й-ионов в зависимости от величины и симметрии кристаллического поля, сформулированы основные принципы получения широких полос излучения. Отмечается, что реализация широких

полос поглощения и излучения возможна за счет использования электронно-колебательных переходов в кристаллических матрицах и снятия вырождения состояния примесного d-иона по орбитальному моменту в основном и возбужденном состояниях из-за проявления эффекта Яна-Теллера.

В этой главе также дан обзор работ по спектральным и генерационным свойствам трехвалентных ионов хрома и титана в известных активных средах и определены критерии поиска новых кристаллических матриц и примесных ионов с целью получения широких полос излучения для создания широкополосных перестраиваемых по частоте лазеров и фемтосекундных лазерных систем.

Среди множества оксидных матриц, рассматриваемых в качестве потенциальных кандидатов для создания лазерных сред, работающих на электронно-колебательных переходах d-ионов, наибольший интерес вызывают бериллийсодержащие кристаллы ряда т-ВеО-п-А^Оз-р-ЗЮг и Ш'ВеО-п-АЬОз-р-ЬагОз (хризоберилл - ВеАЬОд, гексаалюминат бериллия -берилл - гексаалюминат бериллия лантана -

ВеЬаА1цО|9 и др.). Практически все кристаллы бериллиевых алюминатов обладают хорошими тешюфизическими характеристиками, так как их основу составляют два оксида с превосходными теплофизическими

свойствами.

На основании проведенного анализа дано обоснование выбора объектов исследования среди новых кристаллов бериллиевых алюминатов кристаллов активированных ионами

Вторая глава посвящена изучению физических свойств новых кристаллических матриц гексаалюминатов бериллия и бериллия-лантана. Дана структура кристаллов, приведены результаты исследований спектров оптического поглощения беспримесных кристаллов и измерений дисперсии показателей преломления методом угла наименьшего отклонения для различных длин волн излучения ртутной лампы и гелий-неонового лазера. Описаны экспериментальная установка, методика измерения и аппроксимация полиномом Селмейера зависимостей показателей преломления кристаллов от длины волны излучения. Из спектральной зависимости коэффициента поглощения вблизи края собственного поглощения кристаллов были определены характерные частоты эффективного оптического фонона, равные 250 см-1 ( BeLaAlnO|9 ).

Спектральные зависимости показателей преломления кристаллов позволили провести оценку важной характеристики лазерных сред - нелинейного показателя преломления, определяющего изменение пространственных и временных параметров лазерного излучения, связанное с проявлением оптического эффекта Керра.

В этой же главе описываются методы измерений физических характеристик кристаллов. Были измерены и рассчитаны термодинамические

параметры кристаллов гексаалюминатов бериллия и бериллия-лантана: коэффициент теплопроводности, коэффициент линейного расширения, удельная теплоемкость.

Приводятся результаты измерений плотности кристаллов, определенной методом гидростатического взвешивания, и скоростей распространения упругих волн вдоль кристаллографических осей, измеренных методом дифракции света на акустических волнах, и сравнение с аналогичными характеристиками кристаллов хризоберилла и гексаалюмината магния-лантана (Г^ЬаА^Ои). На их основе проведен расчет упругих констант кристаллов и в рамках динамической теории кристаллических решеток определен ряд важных динамических параметров, отвечающих за предельные прочностные, параметры сред: модуль объемной упругости, модуль сдвига, коэффициент Пуассона, модуль Юнга и температура Дебая. В таблице 1 даны значения физических характеристик кристаллов гексаалюминатов бериллия и бериллия-лантана.

Физические характеристики кристаллов ВеА16Ою и ВеЬаА^О^.

Таблица 1

Характеристики ВеА16О,0 ВеЬаА1,|0,9

Плотность р, г/см3 3.74 4.17'

Теплопроводность, Вт/м К 12.5 -

Коэффициент линейного расширения а, Ю-61С1 6.78 -

Удельная теплоемкость ср, Дж/г К 0.8 0.5

Модуль объемной упругости К, 10" Н/м2 2.54 2.08

Модуль сдвига Б, 10 1 Н/м2 1.52 1.25

Модуль Юнга£, 10" Н/м2 3.81 3.05

Коэффициент Пуассона ц 0.244 0.22

Температура Дебая Г0, К 1030 860

Средняя скорость звука Ут, 103 м/с 7.1 6.06

Показатель преломления п, на длине волны Х=800 нм 1.7338(о) 1.7382 (Ь) 1.7318 (с) 1.789(о) 1.782 (е)

Нелинейный показатель преломления п2, 10'" ед. СГСЭ 1.49 (а) 1.50 (Ь) 1.79 (о) 1.69 (е)

Область пропускания, нм 250-5000 200-7000

Величины измеренных упругих коэффициентов и прочностных параметров и сравнение их с известными для лазерных сред, таких как

указывают на перспективность использования

кристаллических матриц гексаалюминатов бериллия и бериллия-лантана в качестве активных сред твердотельных лазеров, работающих в режиме высоких выходных мощностей.

В третьей главе рассмотрены особенности процесса люминесценции примесного иона в модели конфигурационных кривых в кристаллическом поле матрицы с учетом электронно-колебательного взаимодействия. Отмечается, что в слабых кристаллических полях происходит смещение максимума спектра люминесценции в длинноволновую область. Также анализируется уширение оптических переходов между орбитально-вырожденными состояниями примесных ян-теллеровских d-ионов, приводящее к расщеплению контура люминесценции и получению аномально широких полос излучения.

В главе приведены результаты исследований спектроскопических свойств трехвалентных ионов хрома и титана в кристаллах

Описаны методики и экспериментальные установки для проведения исследований спектров возбуждения, люминесценции и температурных зависимостей в диапазоне 77-800 К времен жизни возбужденных состояний примесных ионов в кристаллах.

Исследование спектров возбуждения осуществлялось в экспериментальной установке, основу которой составляют два монохроматора : МДР-23, сканирующий излучение возбуждения в области поглощения примесного иона и SPM-2, настроенный на фиксированную длину волны области люминесценции. Источником излучения накачки служила непрерывная ксеноновая лампа. Система регистрации возбужденного излучения строилась по поперечной схеме, что позволило на порядок повысить отношение сигнал/шум по сравнению с продольной схемой.

Изучение поляризационных зависимостей спектров люминесценции и измерение времен жизни возбужденного состояния ионов Сг3+ и И3+ по кинетике затухания сигнала люминесценции в кристаллах проводилось в установке, собранной на базе монохроматора МДР-23, работающего в составе комплекса КСВУ-23. Конструкция установки позволяла использовать для возбуждения люминесценции излучение К(1:УАО- (X = 532 нм), Аг- (А, = 488 и 514.5 нм), Не-№- л а (А. =е 6]32.& ни) и лазера на красителе (X = 650 нм).

В экспериментах по исследованию температурных зависимостей времен жизни люминесценции, возбуждаемой излучением Nd:YAG- лазера (А. = 532 нм, = 200 не), при температурах от жидкого азота до комнатной кристалл помешался в криостат с кварцевыми окнами, выше комнатной - в электропечь. Температура образца контролировалась с помощью дифференциальной термопары. Временное разрешение регистрирующей системы составляло 250 не, что сравнимо с длительностью импульса возбуждения.

Исследованы и уточнены, поляризационные зависимости спектров поглощения, возбуждения, люминесценции (см. рис.1, 3), оценен квантовый выход, изучены зависимости времени жизни люминесценции от температуры ионов Сг3+ И "Л в гексаалюминате бериллия.

Поляризационные зависимости спектров поглощения ионов в

кристалле ВеАЦОю, представленные на рис.1, являются характерными для трехвалентных ионов хрома в октаэдрической позиции.

9

0

1

П

1 -

/ V

1 \ \\ /7\2 \ ' \

/ V/ 3\\ 1111 1111

1.0

0.5 |

в и

я

и о

я к 2

0 К

300

400

500

600' 700 Длина волны, нм

800

900

1000

Рис. 1. Спектры поглощения (1,2,3) и люминесценции (4) ионов Сг^в кристалле ВеА1бОю при 300 К : 1 - для поляризации ЕЙ а, 2 - Е11 Ь, 3 - Е11

с,

4 - для поляризации Е11 а при возбуждении излучением с Х=514.5 нм.

Время жизни люминесценции ионов Сг3* в кристалле гексаалюмината бериллия составляет 18 мкс при 77 К и уменьшается до 13.5 мкс при 300 К на длине волны излучения 807 нм. Температурная зависимость времени жизни возбужденного состояния иона в кристалле ВеА160|о

характеризуется экспоненциальным законом распада с временем жизни 3.2 мкс при 77 К и 1.2 мкс при 300 К. Энергия термической активации верхнего уровня, определенная по этой зависимости, составляем

Bпервые исследованы особенности люминесценции (см. рис.2, 4) и температурные зависимости времени жизни возбужденного состояния ионов С г3* и Т13+ в кристалле ВеЬаА1ц019

Исследование показало наличие двух характерных участков кривой распада для температур от 300 до 600 К и выше 600 К. Эффективное время жизни люминесценции определяется тепловым равновесием между 2Е и 4Тт состояниями ионов

в первой области и температурным тушением

о 1

н

о

Е

о С

i'V * 1

■ л' ; /Л| / V • Г \

1 1 \ t 1 \ |Цз

1 / \ / \ ч \ / \ ш/ 4V

'/ —---и

/ 1 1 1 1 I 1 1

1.0

о ЕГ и

О £

0.5

л

Ъ

о я я к

о-:

300 400 500 600 700 800 Длина волны, им

900'

Рис.2. Спектры поглощения (1,2) и люминесценции (3,4) ионов Сг3+ в кристалле BeLaAluOi9 при комнатной температуре : 1 - для поляризации Е11 а, 2 - Е11 с, 3- Е11 а, 4 - Е11 с.

люминесценции вследствие пересечения возбужденного 4Тг и основного 4Аг состояний во второй. Характерные значения времени жизни люминесценции ионов Сг3+ в кристалле BeLaAl|]0|9: 3.5 мс(77К) и 1.6мс(300К).

Измеренные времена жизни люминесценции ионов Ti3+ в кристалле гексаалюмината бериллия-лантана равны 7 мкс при температуре жидкого азота и 4.8 мкс при комнатной температуре.

Анализ указывает, что трехвалентные ионы хрома в кристалле ВеА16Ою находятся в более слабом кристаллическом поле по сравнению ВеЬаА1цО|9, что подтверждается вычисленными величинами энергетического зазора между уровнями ^ и 2Е: 236 см'1 (ВеА16Ош) и -850 см"1 (BeLaAlnOi9).

Наличие широкой полосы в спектрах люминесценции трехвалентных ионов титана в обоих гексаалюминатах (рис.3, 4) связывается с ян-теллеровским расщеплением основного состояния. Особенно четко двугорбая структура проявляется в кристалле гексаалюмината бериллия (см. рис.3), при этом ширина полосы люминесценции в Ti.'BeAlüOio превосходит ширину полосы известного лазерного материала

На основании проведенных измерений вычислены величины сечений вынужденного электронно-колебательного перехода, которые для ионов Сг3+

2-Ю'20 см2 на длине волны 755 нм) и Ti3+ (~ 1.610 " 780 нм) в BeLaAlltO|9 были выполнены впервые.

19 2

см2 на длине волны

Рис.3. Спектры возбуждения (1) и люминесценции (2, 3,4) ионов Ti3+B кристалле ВеАЦОю при 300 К: 2 - для поляризации Ell а, 3 - Е11 с, 4 - Е11

Полученные экспериментальные результаты показывают, что гексаалюминаты бериллия и бериллия-лантана, активированные трехвалентными ионами хрома и титана, обладают необходимыми лазерными характеристиками для создания на их основе широкополосных твердотельных лазеров, работающих на электронно-колебательных переходах примесных d-ионов.

В четвертой главе описаны эксперименты по генерации перестраиваемого излучения в кристалле при различных

режимах возбуждения: когерентной накачкой излучением второй гармоники М:УАО лазера (532 нм) с высокой частотой повторения импульсов, импульсной ламповой накачкой и непрерывной накачкой излучением аргонового лазера (488 и 514.5 нм) при комнатной температуре..

Широкие полосы поглощения ионов Сг3+ позволяют достаточно полно использовать спектр излучения ксеноновых ламп, применяемых для оптической накачки. Проведены исследования повышения к.п.д. твердотельного лазера с ламповой накачкой за счет преобразования спектра излучения ламп накачки из УФ области в полосы поглощения ионов хрома. В экспериментах использовались импульсные лампы с кварцевыми колбами без добавок и с добавками ионов Се , спектр излучения которого хорошо совпадает со спектром поглощения ионов Сг3+ в ВеАЦОю- Это позволило в 2 раза повысить эффективность лампового способа возбуждения.

400 500 600 700 800 900 1000 Длина волны, нм

Рис.4. Спектры возбуждения (1) и люминесценции (2, 3) ионов И3+ в кристалле ВеЬаА1цО|9 при 300 К : 2 - для поляризации Е11 с, 3 - Е11 а.

Впервые реализована генерация на электронно-колебательном переходе 4Тг — ионов Сг3+ в гексаалюминате бериллия при импульсной ламповой накачке и достигнута перестройка излучения в диапазоне 780-920 нм.

Впервые получена непрерывная генерация и перестройка излучения Сг:ВеА160ю-лазера в диапазоне 802-881 нм при накачке излучением аргонового лазера (см. рис.5). Проведены исследования зависимости выходной мощности лазера от мощности накачки при различном пропускании выходного зеркала.

Анализ пороговых условий генерации позволил определить величину внутрирезонаторных потерь и оценить пороговое значение коэффициента усиления. Проведены оценки величин оптимального коэффициента отражения зеркал и оптимальной длины кристалла для повышения выходной мощности излучения. Дальнейшее снижение пороговой мощности накачки можно достичь при использовании для накачки излучения полупроводниковых лазеров, работающих в диапазоне 600-650 нм.

Реализация непрерывной перестраиваемой генерации указывает на возможность достижения режима активной и пассивной синхронизации мод и генерации фемтосекундных импульсов. Для лазеров, работающих на керровском механизме синхронизации мод, прежде всего требуется, чтобы активные среды обладали достаточной для генерации фемтосекундных импульсов шириной полосы усиления. Проведенные оценки показывают, что при синхронизации всего контура усиления лазерной среды

выходящего в генерацию, длительности импульсов излучения могут достигать нескольких фемтосекунд.

50

Длина волны, нм

Рис.5. Диапазон перестройки непрерывной генерации СггВеАЦОю лазера.

На основании проведенных исследований отмечается, что СпВеА^Ою при когерентной и ламповой накачке обладает хорошими лазерными свойствами, и делается вывод, что данный кристалл является перспективной активной средой для создания на ее основе широкополосных перестраиваемых твердотельных лазеров ближнего ИК диапазона, работающих как в импульсном, так и в непрерывном режимах, в том числе с диодной накачкой.

В заключении сформулированы основные результаты работы, состоящие в следующем:

1. Впервые проведены исследования оптических свойств кристаллов гексаалюминатов бериллия и бериллия-лантана, включающие в себя измерение показателей преломления, их дисперсии, определение нелинейных показателей преломления и измерение спектров оптического поглощения беспримесных кристаллов.

Установлено, что оба кристалла обладают широкими спектрами пропускания в диапазоне 250-5000 нм для ВеА1бОю и 200-7000 нм для что делает их пригодными для использования в качестве матриц для лазерных сред ближнего ИК диапазона.

2. В рамках динамической теории кристаллических решеток рассчитан ряд важных динамических параметров, определены коэффициент теплопроводности и теплоемкость обоих кристаллов, величины которых указывают на перспективность использования кристаллов гексаалюминатов

бериллия и бериллия-лантана в качестве активных сред твердотельных лазеров, работающих в режиме высоких выходных мощностей.

3. Проведены экспериментальные исследования спектроскопических свойств ионов Сг3+ И Ti3+ в гексаалюминатах бериллия и бериллия-лантана, которые показали, что примесные ионы в ВеА1бОю находятся в более слабом кристаллическом поле по сравнению с ВеЬаА1цО|9 и обладают более широкими электронно-колебательными полосами люминесценции, максимумы которых сдвинуты в длинноволновую область спектра. Вычисленные величины энергетического зазора между уровнями 4Тг И 2Е ионов Сг3+ составляют 236 см-1 для ВеА16Ою и~850 см"' для ВеЬаА1цО|9.

4. Значительное ян-теллеровское расщепление основного состояния ионов Ti3* в кристаллах ВеАЦОю и ВеЬаА1цО|9 приводит к уширению полосы излучения, максимальная величина которой наблюдается в кристалле гексаалюмината бериллия и в 1.5 раза превосходит аналогичную для кристалла

5. На основе проведенных измерений спектроскопических и релаксационных свойств ионов впервые определены сечения вынужденного излучения для ионов Сг3+ 2-10"20 см2 на длине волны 755 нм) и Ti3+ (~ 1.6-10"19 см2 на длине волны 780 нм) в кристалле BeLaAluO^.

6. Экспериментально исследована широкополосная, перестраиваемая в диапазоне 780-920 нм при комнатной температуре, лазерная генерация на электронно-колебательном переходе. *Т2 ~ "2 ионов Сг3+ в BeAI60,o при импульсной ламповой накачке, полученная впервые.

7. Впервые получена и исследована непрерывная генерация и осуществлена перестройка излучения в -лазере в спектральном диапазоне 802-881 нм при комнатной температуре.

Результаты экспериментов позволяют предположить, что в случае расширения спектрального диапазона перестройки и синхронизации всего контура, выходящего в генерацию возможно достижение режима СКИ с длительностью импульсов в несколько фемтосекунд.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ'

1. Pestryakov E.V., Petrov V.V., Zubrinov I.I., Semenov V.I., Trunov V.V., Kirpichnikov A.V., Alimpiev A.I.* Physical properties of BeAl^Oio single crystals // J. Appl. Phys.-1997.- V. 82.- № 8.- P. 3661-3666.

2. Богданов СВ., Зубринов И.И., Пестряков Е.В., Петров В.В., Семенов В.И.,

Алимпиев А.И., Упругие свойства кристалла гексаалюмината бериллия-лантана-ВеЬаА1,,О19//Кристаллография.-2001.-Т.46.-№3.-С. 500-505.

3. Пестряков Е.В., Трунов В.И., Петров В.В., Перестраиваемые лазеры на новых твердотельных средах // Труды IV Международной школы "Применение лазеров в атомной физике", Вильнюс-1988,- С. 192-205.

4. Pestryakov E.V., Petrov V.V., Trunov V.I., Kirpichnikov A.V., Komarov K.P., Alimpiev A.I., Ultrabroadband active media for generation of ultrashort optical pulses // Laser Physics.- 1998.- V.8.- №3.- P. 612-619.

5. Pestryakov E.V., Petrov V.V., Trunov V.I., Alimpiev A.I, Doped solid-state media for tunable lasers in the 1R // Proceedings of SPIE, "Solid state lasers and new materials" ed. by Osiko, Мак, Grasiuk.- 1991.- V. 1839.- P. 111-118.

6. Pestryakov E.V., Petrov V.V., Trunov V.I., Kirpichnikov A.V., Volkov A.G., Alimpiev A.I., Radionov A.Ja., Be3Al2Si60|8 single crystal doped with JahnTeller ions: a promising active media for superbroadband lasers // Laser Physics.-2001.- V. 11.- № 10.- P.I 138-1141.

7. Petrov V.V., Pestryakov E.V., Nyushkov I.N., Trunov V.l., Kirpichnikov A.V., Alimpiev A.I., : a promising new laser medium for helium optical pumping lat 1080 nm // Laser Physics.-2002.-V. 12.- № 3.-P. 586-590.

8. Пестряков E.B., Петров В.В., Трунов В.П., Алимпиев А.И., Солнцев В.П., Широкополосная люминесценция и генерационные свойства ионов Сг3+, Ti3+, Ni2+ в гексаалюминате бериллия // Сб. "Перестраиваемые лазеры и их применение", ИТФ СО РАН, Новосибирск.-1988.- С. 5-25.

9. Pestryakov E.V., Petrov V.V., Trunov V.I., Kirpichnikov A.V., Alimpiev A.I, Spectroscopic and laser properties of BeLaAlnOj9 single crystals doped with Cr3+, Ti3+ and Nd3+ ions // Proceedings of SPIE, "Laser optics 2000: Solid state lasers" ed. by Ustugov V.I.- 2001.- V. 4350.- P. 68-74.

10. Зубринов И.И., Семенов В.И., Пестряков Е.В., Петров В.В., Алимпиев А.И., Упругие и упругооптические свойства кристалла гексаалюмината бериллия ВеА16Ош// Кристаллография.-1998,- Т. 43,- № 4,- С. 706-709.

И. Pestryakov E.V., Petrov V.V., Volkov A.G., Maslov V.A., Spectroscopic properties of Cr3+ ions in KTP single crystals // Proceedings of SPIE.- 2002.-V. 4766.-P. 71-77.

12. Алимпиев А.И., Пестряков E.B., Петров В.В., Солнцев В.П., Трунов В.П., Перестраиваемая генерация на электронно-колебательном переходе 4Тг -4Аг ионов Сг3+ в ВеА16Ою // Квантовая электроника.- 1988.- Т. 15.- С. 509511.

13. Алимпиев А.И., Пестряков Е.В., Петров В.В., Трунов В.И., Алюминаты бериллия, активированные ионами титана и хрома - активные среды перестраиваемых лазеров // Известия АН СССР. Серия физическая, -1990.-Т. 54.-№ 8.- С. 1507-1511.

14. Пестряков Е.В., Петров В.В., Трунов В.П., Алимпиев А.И., Генерация перестраиваемого излучения на ионах Сг3+ в кристалле ВеА1бОю при ламповой накачке // Квантовая электроника.-1993.- Т. 20.- № 7.- С. 665668.

15.Petrov V.V., Pestryakov E.V., Trunov V.l., Kirpichnikov A.V., Alimpiev A.I., BeA16O,0: Cr3' : A promising active medium for femtosecond lasers // Proceedings of SPIE.- 2003.- V. 5137.- P. 73-80.

16. Solntsev V.P., Pestryakov E.V., Alimpiev A.I., Tsvetkov E.G., Matrosov V.N., Trunov V.I., Petrov V.V., BeAUOio: Cr3+ (Ti3+, Ni2+) laser crystals and their spectroscopic characteristics // Optical Materials.- 2003.- V. 24.- №3,- P. 519525.

СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Moulton P.F., Tunable solid-state lasers // Proceedings ofthe IEEE.- 1992.- V. 80.-№3.-P. 348-364.

2. Ребане К.К., Сильд О.И. К теории индуцированных переходов в электронно-колебательных полосах // Труды института физики АН ЭССР.-1963.- Т. 23.- С. 18-21.

3. McCumber D., Theory ofphonon terminated optical maser// Phys. Rev.- 1964.-

V. 134A.-P.299-306.

4. Johnson L.F., Dietz R.E., Guggenheim H.J., Optical maser oscillations from Ni

in MgFj involving simultaneous emission of phonons // Phys. Rev. Lett-1963.-V.I l.-P. 318-320.

5. Walling J.C., Jenssen H.P., Morris R.C., O'Dell E.W., Petersen O.G., Tunable

laser performance in BeAI204:Cr34 //Opt. Lett.-1979.-V. 4,- P. 182-183.

6. Schand M.L., Walling J.C., A tunable emerald laser // IEEE J.Quantum Electron.- 1982.-V. 18.-P. 1829-1830.

7. Moulton P., Ti-doped sapphire : a tunable solid-state laser // Opt. News.-1982.-

V. 8.-№6.-P.9.

8. Kraus F., Fermann M., Brabec Т., Curley P., Hofer M., Ober H., Spilmann Ch.,

Winter E., Schmidt M., Femtosecond solid state lasers // IEEE J. Quantum Electron.-1992.- V. 28.-№ 10.- P. 2097-2122.

9. Rundquist A., Durfee C, Chang Z., Taft G., Zeek F., Badeus S., Munnama M.,

Kapteyn H., Christov I., Ultrafast laser and amplifier sources // Applied Physics В.- 1997.- V. B65.- №2.- P. 161-174. 10 Kuck S., Laser-related spectroscopy of ion-doped crystals for tunable solidstate lasers // Appl. Phys. В.- 2001.- V. 72.- P. 515-562.

ПЕТРОВ В.В.

Спектроскопические и лазерные свойства кристаллов гексаалюминатов бериллия и бериллия-лантана, активированных ионами хрома и титана

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Сдано в набор 17.03.2004 г. Подписано к печати 18.03.2004 г. Формат 100x90 1/16 Объем 1,0 печ.л., 0,8 уч.-изд.л. Тираж 100 экз. Бесплатно. Заказ № 16 Обработано на IBM PC и отпечатано на ротапринте ИЯФ им. Г. И. Будкера СО РАН Новосибирск, 630090, пр. академика Лаврентьева, 11.

h

Введение.

Глава 1. Твердотельные лазерные среды на электронно-колебательных переходах примесных ионов.

Глава 2. Физические свойства кристаллов ВеА16Ою и ВеЬаА11 ^19.

2.1. Структура кристаллов ВеА16Ою и ВеЬаА^О^.

2.2. Оптические свойства кристаллов гексаалюмината бериллия и гексаалюмината бериллия лантана.

2.2.1. Дисперсия показателей преломления кристаллов ВеА16Ою и ВеЬаА1ц019.

2.2.2. Нелинейный показатель преломления кристаллов ВеА16Ою и ВеЬаАЬАд.

2.2.3. Спектры оптического поглощения кристаллов ВеА16Ою и ВеЬаА1цС>19.

2.3. Термодинамические свойства кристалллов ВеА16Ою и ВеЬаА1]1О19.

2.3.1. Упругие и упругооптические свойства кристаллов гексаалюминатов бериллия и бериллия-лантана.

Глава 3. Спектроскопические свойства ионов Сг3+ и Т1 в кристаллах ВеАЦОю и

ВеЬаА1цО|9.

3.1. Электронно-колебательные переходы примесного иона в модели конфигурационных кривых.

3.2. Методика экспериментальных исследований.

3.3. Спектроскопические свойства ионов Сг3* в кристалле ВеА16Ою.

3.4. Спектроскопические свойства ионов Т{3+ в кристалле ВеА16Ою.

3.5. Спектроскопические свойства ионов Сг3+ в кристалле ВеЬаА^О^.

3.6. Спектроскопические свойства ионов Т13+ в кристалле ВеЬаА^О^.

Глава 4. Лазерные свойства ионов Сг3+ в кристалле ВеА16Ою.

4.1. Генерация перестраиваемого излучения на ионах Сг3* в кристалле

ВеА16Ою при ламповой накачке.

4.2. Непрерывная генерация перестраиваемого излучения на ионах Сг3* в кристалле ВеА16Ою при накачке излучением Аг+ - лазера.

Исследование физических, спектроскопических и лазерных свойств новых кристаллических матриц, активированных примесными ионами, для создания на их основе перестраиваемых лазеров с широкими полосами излучения является одним из основных направлений квантовой электроники. Использование в лазерах широкополосных активных твердотельных сред позволяет также генерировать излучение сверхкоротких импульсов (СКИ).

Твердотельные перестраиваемые по частоте лазеры, активированные примесными ионами, находят широкое применение в фундаментальных исследованиях по нелинейной оптике, атомной и молекулярной спектроскопии, в исследовании свойств новых полупроводниковых материалов и взаимодействия СКИ с веществом, в оптических стандартах частоты, используются в системах связи, в том числе волоконно-оптической, и дистанционного зондирования атмосферы, в лазерной медицине и т.д. Современный этап развития физики твердотельных лазеров характеризуется активным поиском путей и методов получения аномально широких полос генерации стимулированного излучения в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазонах и созданием на их основе перестраиваемых по частоте источников излучения и лазеров с предельно короткой для этих диапазонов длительностью импульсов.

При поиске новых лазерных сред важными критериями выбора для широкого применения становятся: высокая фотохимическая стойкость и механическая прочность матрицы, воспроизводимость процесса роста кристаллов, большое сечение вынужденного излучения и широкая область перестройки, возможность работы в режиме с большой выходной мощностью при комнатной температуре, отсутствие поглощения в области генерации, наличие источников накачки с излучением, хорошо согласующимся с полосами поглощения примесного иона, и высокое оптическое качество кристалла.

Несмотря на то, что опубликовано большое количество работ, посвященных перестраиваемым твердотельным лазерам, задача поиска новых матриц, активированных примесными ионами, используемых в качестве широкополосных активных сред для перестраиваемых лазеров и фемтосекундных систем, остается актуальной.

Цель диссертационной работы

Цель работы состоит в определении физических, спектроскопических и лазерных свойств новых кристаллических матриц - гексаалюмината бериллия (ВеА16Ою) и гексаалюмината бериллия-лантана (ВеЬаА^О^), активированных ионами Сг3+ и Т1 , для создания эффективных широкополосных активных сред перестраиваемых лазеров ближнего инфракрасного диапазона.

Автор выносит на защиту

1. Результаты измерений оптических (показатели преломления, их дисперсия, спектры оптического поглощения) и упругих свойств кристаллов ВеА16Ою и ВеЬаА]ц019.

2. Спектроскопические и релаксационные характеристики ионов Сг3+ и И3+ в кристаллах ВеА16Ою и ВеЬаА^О^, измеренные в спектральной области 300 - 1100 нм, свидетельствуют, что примесные ионы находятся в ВеА16Ою в более слабом кристаллическом поле по сравнению с ВеЬаА^О^.

3. Кристаллы ВеА16Ою, активированные ионами Сг* , позволяют реализовать перестраиваемую генерацию в спектральной области 780-920 нм при импульсной ламповой и в области 802-881 нм при непрерывной когерентной накачке излучением аргонового лазера при комнатной температуре.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка. Работа содержит 145 страниц текста, 40 рисунков и 15 таблиц. Библиографический список насчитывает 139 наименований.

Основные результаты диссертационной работы.

1. Впервые проведены исследования оптических свойств кристаллов гексаалюминатов бериллия и бериллия-лантана, включающие в себя измерение показателей преломления, их дисперсии, определение нелинейных показателей преломления и измерение спектров оптического поглощения беспримесных кристаллов.

Установлено, что оба кристалла обладают широкими спектрами пропускания в диапазоне 250-5000 нм для ВеА16Ою и 200-7000 нм для ВеЬаА1пО]9, что делает их пригодными для использования в качестве матриц для лазерных сред ближнего ИК диапазона.

2. В рамках динамической теории кристаллических решеток рассчитан ряд важных динамических параметров, определены коэффициент теплопроводности и теплоемкость обоих кристаллов, величины которых указывают на перспективность использования кристаллов гексаалюминатов бериллия и бериллия-лантана в качестве активных сред твердотельных лазеров, работающих в режиме высоких выходных мощностей.

3. Проведены экспериментальные исследования спектроскопических свойств ионов Сг3+ и ТЧ в гексаалюминатах бериллия и бериллия-лантана, которые показали, что примесные ионы в ВеА16Ою находятся в более слабом кристаллическом поле по сравнению с ВеЬаА^О^ и обладают более широкими электронно-колебательными полосами люминесценции, максимумы которых сдвинуты в длинноволновую область спектра. Вычисленные величины энергетического зазора между уровнями 4Т2 и 2Е ионов Сг3+ составляют 236 см"1 для ВеА16Ою и ~850 см*1 для ВеЬаА^О^.

4. Значительное ян-теллеровское расщепление основного состояния ионов Т13+ в кристаллах ВеА16Ою и ВеЬаА^О^ приводит к уширению полосы излучения, максимальная величина которой наблюдается в кристалле гексаалюмината бериллия и в 1.5 раза превосходит аналогичную для кристалла А120з.

5. На основе проведенных измерений спектроскопических и релаксационных свойств ионов впервые определены сечения вынужденного излучения для ионов Сг3+

2- 10'20 см2 на длине волны 755 нм) и Ti3+ (~ 1.6- 10"19 см2 на длине волны 780 нм) в кристалле BeLaAlj 1О19.

6. Экспериментально исследована широкополосная, перестраиваемая в диапазоне 780-920 нм при комнатной температуре, лазерная генерация на электронно-колебательном переходе 4Т2 - 4А2 ионов Сг3+ в ВеА16Ою при импульсной ламповой накачке, полученная впервые.

7. Впервые получена и исследована непрерывная генерация и осуществлена перестройка излучения в Сг:ВеА160ю-лазере в спектральном диапазоне 802-881 нм при комнатной температуре.

Результаты экспериментов позволяют предположить, что в случае расширения спектрального диапазона перестройки и синхронизации всего контура, выходящего в генерацию возможно достижение режима СКИ с длительностью импульсов в несколько фемтосекунд.

В заключение выражаю глубокую и искреннюю благодарность моему научному руководителю к.ф.-м.н. Ефиму Викторовичу Пестрякову за постановку задачи, непосредственное руководство и постоянный интерес к работе, а также И.И. Зубринову, В.И. Трунову и А.В. Кирпичникову за практическую помощь в проведении экспериментов, внимание к работе и плодотворное обсуждение результатов, А.И. Алимпиеву и В.Н. Матросову за выращенные кристаллы, использованные в экспериментах.

134

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Ребане К.К., Сильд О.И. К теории индуцированных переходов в электронно-колебательных полосах // Труды института физики АН ЭССР.- 1963.- Т. 23.- С. 18-21.

2. Mergerian D., Markham J., Amplifier of light with stokes shift // "Advances in Quantum Electronics", ed. by J.Singer, N-Y.-London.- 1961.-P. 267.

3. McCumber D., Theory of phonon terminated optical maser // Phys. Rev.- 1964.-V. 134A.- P.299-306.

4. Johnson L.F., Dietz R.E., Guggenheim H.J., Optical maser oscillations from Ni in MgF2 involving simultaneous emission of phonons // Phys. Rev. Lett.- 1963.- V.l l.-P. 318-320.

5. Fritz В., Menke E., Laser effect in KC1 with FA(Li) centers // Solid State Commun.-1965.- V.3.- №3.- P.61-63.

6. Gellermann W., Color center lasers // J. Phys. Chem. Solids.- 1991.- V. 52.- № 1.- P. 249-297.

7. Ребане K.K., Теория оптических электрон-колебательных переходов в примесном центре кристалла.- Тарту, 1963.

8. Свиридов Д.Т., Свиридова Р.К., Смирнов Ю.Ф. Оптические спектры ионов переходных металлов в кристаллах.- М.: Наука, 1976.- 266 с.

9. DiBartolo В.,Optical interactions in solids.- N-Y., London : John & Sons, 1968.

10. Перлин Ю.Е., Цукерблат B.C., Эффекты электрон-колебательного взаимодействия в оптических спектрах примесных парамагнитных ионов.-Кишинёв: Житница, 1974.

11. Камалов В.Ф., Нелинейно-оптические и генерационные характеристики дефектов в кристаллах с сильным и слабым электрон-фононным взаимодействием,- Москва: МГУ, 1982.

12. Марфунин А.С., Введение в физику минералов.- М.: Недра, 1974.- 328 с.

13. Бальхаузен К., Введение в теорию поля лигандов,- М.: Мир, 1964.

14. Kenyon Peter Т., Andrews L., McCollum D., Lempicki A. Tunable infrared solid-state laser materials based on Cr3+ in low ligand fields // IEEE J. Quantum. Electron.- 1982.-V. QE-18.- № 8.- P. 1189-1197.

15. Johnson L.F., Dietz R.E., Guggenheim H.J., Spontaneous and stimulated emission from Co2+ ions in MgF2 and ZnF2 // Appl. Phys. Lett.- 1964.- V. 5.- P. 21-22.

16. Johnson L.F., Guggenheim H.J., Thomas R.A., Phonon-terminated optical masers // J. Appl. Phys.- 1966.- V. 149.- P. 179-185.

17. Welford D., Moulton P.F., Room temperature operation of Co: MgF2 laser// Opt. Lett.- 1988.- V. 13.- P. 975-977.

18. Johnson L.F., Guggenheim H.J., Thomas R.A., Phonon-terminated coherent emission from V2+ ions in MgF2 // J. Appl. Phys.- 1967.- V. 38.- P. 4837-4839.

19. Petricevic V., Gayen S.K., Alfano R.R., Laser action in chromium-activated forsterite for near-infrared excitation : Is Cr4+ lasing ion? // Appl. Phys. Lett.- 1988,- V. 53.- № 26.- P. 2590-2592.

20. Johnson L.F., Guggenheim H.J., Electronic and phonon-terminated laser emission from Ho3+ in BaY2F8 // IEEE J.Quantum Electron.- 1974.- V. 10.-№ 4.- P. 442-449.

21. Dubinskii M. A., Semashko V.V., Naumov A.K., Abdulsabirov R.Y., Korableva S.L., Ce3+ -doped colquiriite : A new concept of all-solid-state tunable ultraviolet laser // J. Mod. Opt.- 1993.- V. 40.- №1.- P.l-5.

22. Marshall C.D., Speth J.A., Payne S.A., Krupke W.F., Quarles G.J., Castillo V., Chai B.H.T., Ultraviolet laser emission properties of Ce3+-doped LiSrAlF6 and LiCaAlF6 // J. Opt. Soc. Amer. В.- 1994.- V. 11.- P. 2054-2065.

23. Walling J.C., Jenssen H.P., Morris R.C., O'Dell E.W., Petersen O.G., Tunable laser performance in BeAl204:Cr3+ // Opt. Lett.- 1979.- V. 4.- P. 182-183.

24. Sugano S., Tanabe Y., Kamimura H., Multiplets of transition-metal iona in crystals.-N.-Y.: Acad. Press, 1970.-P. 107-112.

25. Tanabe Y., Sugano S. On the absorption spectra of complex ions // Journ. Phys. Soc. Japan.- 1954.- V. 9.- № 5.- P. 753-766,766-780.

26. Kuck S., Laser-related spectroscopy of ion-doped crystals for tunable solid-state lasers // Appl. Phys. В.- 2001.- V. 72.- P. 515-562.

27. Севастьянов Б.К., Багдасаров X.C., Пастернак Л.Б., Оптическая генерация на ионах Сг3+ в кристаллах иттрий-алюминиевого граната // Письма в ЖЭТФ.-1973.-Т. 17.-№2.- С. 69-71.

28. Севастьянов Б.К., Багдасаров Х.С., Пастернак Л.Б., Оптический квантовый генератор на ионах Сг3+ в иттрий-алюминиевом гранате // Кристаллография.-1973.-Т. 18.-№2.- С. 308-310.

29. Белоногова Е.К., Казаков А.А., Шав^нов С.В., Перестраиваемые твердотельные лазеры на электронно-колебательных переходах // Обзоры по электронной технике. Сер. II. Лазерная техника и оптоэлектроника.- М.: 1986.- Вып. 6 (1190).-60 с.

30. Brauch U., Duit U., Temperature operation of the vibronic KZnF3:Cr3+ laser // Opt. Lett.- 1984.- V. 9.- № 10.- P. 441-442.

31. Жариков E.B., Осико B.B., Прохоров A.M., Щербаков И.А., Кристаллы редкоземельных и галлиевых фанатов с хромом как активные среды твердотельных перестраиваемых лазеров // Изв. АН СССР. сер. физ.- 1984.- Т. 48.-№7.- С. 1330-1342.

32. Севастьянов Б.К., Спектроскопия возбужденных лазерных кристаллов и перестраиваемые лазеры // Физическая кристаллография, М.: Наука.- 1992.- С. 192-211.

33. Осико В.В., Активные среды твердотельных лазеров // Изв. АН СССР, сер.физическая.- 1987.- Т. 51.- № 8.- С. 1285-1293.

34. Walling J.C., Peterson O.G., Jenssen Н.Р., Morris R.C., O'Dell E.W., Tunable alexandrite lasers // IEEE J.Quantum Electron.- 1980.- V. 16.- P. 1302-1315.

35. Pan Peicong., Ma Xiaoshan, Hu Zhiwei, Growth and properties of BeO- 3 AI2O3 (BHA) single crystals // Cryst.Res.Technol.- 1992.- V. 27.- № 3.- P.321-328.

36. Pestryakov E.V., Petrov V.V., Zubrinov I.I., Semenov V.I., Trunov V.V., Kirpichnikov A.V., Alimpiev A.I., Physical properties of ВеА16Ою single crystals // J. Appl. Phys.- 1997.- V. 82.- № 8.- P. 3661-3666.

37. Alimpiev A.I., Gulev V.S., Mokruchnikov P.V., Crystal growth of lanthanum beryllium hexaaluminate LaBeAInOig and fields of crystallization in the system La203-Be0-Al203 // Cryst.Res.Technol.- 1995.- V. 30.- № 3.- P. 295-297.

38. Богданов C.B., Зубринов И.И., Пестряков E.B., Петров В.В., Семенов В.И., Алимпиев А.И., Упругие свойства кристалла гексаалюмината бериллия-лантана -BeLaAli|0|9 // Кристаллография.-2001.- Т.46.-№3.- С. 500-505.

39. Krupke W.F., Shinn M.D., Marion J.E., Caird J.A., Stokowski S.E., Spectroscopic, optical, and thermomechanical properties of neodymium- and chromium-doped gadolinium scandium gallium garnet // J.Opt.Soc.Amer.B.- 1986.- V. 3.-№l.- P. 102114.

40. Walling J.C., D.F. Heller, Samelson H., Harter D.J., Pete J.A., Morris R.C., Tunable alexandrite lasers : development and performance // IEEE J.Quantum Electron.- 1985.-V. 21,- P. 1568-1581.

41. Moulton P.F., Tunable solid-state lasers // Proceedings of the IEEE.- 1992.- V. 80.- № 3.- P. 348-364.

42. Samelson Н., Walling J.C., Wernikowski Т., Harter D.J., CW arc-lamp-pumped alexandrite lasers // IEEE J.Quantum Electron.- 1988.- V. 24.- P. 1141-1150.

43. Lai S.T., Shand M.L., High efficiency CW laser-pumped tunable alexandrite laser // J. Appl. Phys.- 1983.- V. 54.- P. 5642-5644.

44. Scheps R., Gately B.M., Myers J.F., Krasinski J.S., Heller D.F., Alexandrite laser pumped by semiconductor lasers // Appl. Phys. Lett.- 1990.- V. 56.- P. 2288-2290.

45. Schand M.L., Walling J.C., A tunable emerald laser// IEEE J.Quantum Electron.-1982.-V. 18.- P. 1829-1830.

46. Schand M.L., Lai S.T., CW laser pumped emerald laser // IEEE J.Quantum Electron.-1984.- V. 20.-№ 2.- P. 105-108.

47. Foster W., Royal H., Intermediate compound in the system BeO- ЗАЬОз- Ah03 // J. Amer. Ceram. Soc.- 1949.- V. 32.- № 1.- P. 26-34.

48. Harris L.A., Yakel H.L., Synthesis and X-ray study of single-crystal 3 АЬОз* BeO // J. Amer. Ceram. Soc.- 1970.- V. 153.- № 6.- P. 359.

49. Viana В., Lejus A.M., Vivien D., Poncon V., Boulon G., Synthesis, ESR investigation and optical properties of the potential vibronic laser material LaMgAlu.xCrxOi9 //J. Solid State Chem.- 1987.- V. 71.- № l.-P. 77-86.

50. Антонов В.А., Арсеньев П.А., Свиридов Д.Т., Свиридова Р.К., Махмудов И.Т., Оптические спектры ионов Сг3* в монокристаллах LaMgAlnO^ // Кристаллография.- 1988.- Т. 33.-№4.- С. 908-911.

51. Michelle-Calendini F., Chermette Н., Boulon G., Electronic structures of Cr3+ doped LaMgAlnOi9, a potential vibronic laser material // J. Luminescence.- 1988.- V. 40&41.- P. 309-310.

52. Penzkofer A., Solid state lasers // Prog. Quant. Electron.- 1988.- V. 12.-№ 4.- P. 291427.

53. Moulton P., Ti-doped sapphire : a tunable solid-state laser// Opt. News.- 1982.- V. 8.-№ 6.- P. 9.

54. Moulton P.F, Spectroscopic and laser characteristics of Ti:Al203 // J. Opt. Soc. Amer. В.- 1986.- V.3.- P. 125-133.

55. Albrecht G.F., Eggleston J.M., Ewing J.J., Measurements of Ti3+:A1203 as a lasing materials // Opt. Commun.- 1985.- V. 52.-№ 6.- P. 401-404.

56. Albers P., Stark E., Huber G., Continuous-wave laser operation and quantum efficiency of titanium-doped sapphire // J. Opt. Soc. Amer.-1986.- V. B3.- P. 134 139.

57. Pschenichnikov M.S., Baltuska A., Czipocs R., Wiersma D.A., Sub-5-fs pulses : generation, characterization and experiments // XI International conference on Ultrafast phenomena, Garmisch-Partenkirchen, Germany, Technical digest.- 1998.- P. 12-13.

58. Cheng Z., Tempea G., Brabec Т., Ferenc K., Spielmann C., Generation of intense diffraction-limited white light and 4-fs pulses // XI International conference on Ultrafast phenomena, Garmisch-Partenkirchen, Germany, Technical digest.- 1998.- P. 2-3.

59. Baltuska A., Wei Z., Pschenichnikov M.S., Wiersma D.A., Optical pulse compression to 5 fs at a 1-MHz repetition rate // Opt.Lett.- 1997.- V. 22.- P. 102-104.

60. Nisoli M., De Silvestri S., Svelto O., Czipocs R., Ferenc K., Spielmann C., Sartania S., Krausz F., Compression of high-energy laser pulses below 5 fs // Opt.Lett.- 1997.- V. 22.- P. 522-524.

61. Wang G., Gallagher H.G., Han T.P.J., Henderson В., Yamaga M., Yosida Т., Optical and electron spin resonance spectroscopy of Ti3+-doped yttrium and gadolinium aluminoborates//J. Phys.:Condens. Matter.- 1997.- V. 9.- № 7.- P. 1649-1660.

62. Wang G., Han T.P.J., Gallagher H.G., Henderson В., Crystal growth and optical properties of Ti3+:YAb(B03)4 and Ti3+:GdAl3(B03)4 // J. Cryst. Growth.- 1997.- V. 181.-№ 1-2.- P. 48-54.

63. Пестряков Е.В., Трунов В.И., Петров В.В., Перестраиваемые лазеры на новых твердотельных средах // Труды IV Международной школы "Применение лазеров в атомной физике", Вильнюс.- 1988.- С. 192-205.

64. Алимпиев А.И., Букин Г.В., Матросов В.Н., Пестряков Е.В., Солнцев В.П., Трунов В.И., Цветков Е.Г., Чеботаев В.П., Перестраиваемый лазер на BeAl204:Ti3+ // Квантовая электроника.- 1986.-Т. 13.- №5.- С. 885-886.

65. Пестряков Е.В., Трунов В.И., Алимпиев А.И., Генерация перестраиваемогол .излучения в лазере на на BeAl204:Ti при импульсной когерентной накачке счвысокой частотой повторения // Квантовая электроника.- 1987.-Т. 14.- №5.- С. 919-922.

66. Segawa Y., Sugimoto A., Kim Р.Н., Namba S., Yamagishi К., Anzai Y., Yamaguchi Y., Optical properties and lasing of Ti doped BeAl204 // Jap. J. Appl. Phys.- 1987.-V. 26.-№4.- P. 291-292.

67. Sugimoto A., Segawa Y., Anzai Y., Yamagishi K., Kim P.H., Namba S., Flash-lamp-pumped tunable Ti:BeAl204 laser // Jap. J. Appl. Phys.- 1990.- V. 29,- № 7.- P.1. 1360-L1137.

68. Sugimoto A., Segawa Y., Kim P.H., Namba S., Yamagishi K., Anzai Y., Yamaguchi Y., Spectroscopic properties of Ti3+ doped BeAl204 //J. Opt. Soc. Amer. В.- 1989.- V. 6.- № 12.- P. 2334-2337.

69. Pestryakov E.V., Petrov V.V., Trunov V.I., Kirpichnikov A.V., Komarov K.P., Alimpiev A.I., Ultrabroadband active media for generation of ultrashort optical pulses // Laser Physics.- 1998.- V.8.- №3.- P. 612-619.

70. Pestryakov E.V., Petrov V.V., Trunov V.I., Alimpiev A.I, Doped solid-state media for tunable lasers in the IR // Proceedings of SPIE, "Solid state lasers and new materials" ed. by Osiko, Мак, Grasiuk.- 1991.- V. 1839.- P. 111-118.

71. Багдасаров X.C., Красилов Ю.И., Потемкин A.B., Шестаков А.В., Кеворков A.M., Дорожкин JI.M., Куратев И.И., Бакин Д.В., Сиюченко О.Г., Спектроскопические свойства иона Ti3+ в алюминатах // Ред. Ж. прикл. спектроскопии, Минск.- 1985.- 20 с.

72. Wyon С., Aubert J.J., Vivien D., Lejus A.M., Moncorge R., Crystal growth and optical properties of LaMgAluOi9:Ti3+ // J. Luminescence.- 1988.- V. 40&41.- P. 871-874.

73. Gourier D., Colle L., Lejus A.M., Vivien D., Moncorge R., Electron-spin resonance and fluorescence of LaMgAlnOi9:Ti3+, a potential tunable laser material //J. Appl. Phys.- 1988.- V. 63.-№4.- P. 1144-1151.

74. Martinat В., Gourier D., Lejus A.M., Vivien D., Optical properties ofл .

75. MgAlnOi9:Ti , a potential tunable laser material // J. Solid State Chemistry.-1990.- V. 89.- P. 147-154.

76. Jiang Y., Jiang X., Liang J., Xia H., Chen Y., Wang Z., Effect of doping value of titanium on spectral properties of LaMgAlnO^Ti crystals // J. Synth. Cryst.- 1992.-V. 21.- № 3.- P. 244-249.

77. Анциферов В.В., Мощные одночастотные перестраиваемые твердотельные лазеры // Журнал технической физики.- 1998.- Т. 68.- №10.- С. 74-79.

78. Musset О., Fouquin L., Boquillon J.P., Laser emission under flashlamp pumping of new crystal: Nd-doped strontium-lanthanum-aluminate // Appl. Phys. В.- 1999.- V. 68.- P. 181-185.

79. Petrov V.V., Pestryakov E.V., Nyushkov I.N., Trunov V.I., Kirpichnikov A.V., Alimpiev A.I., Nd:BeLaAlnOi9 : a promising new laser medium for helium optical pumping at 1080 nm // Laser Physics.-2002.-V. 12.- № 3.-P. 586-590.

80. Mermilliod N., Romero R., Chartier I., Garapon C., Moncorge R., Performance of various diode-pumped Nd:laser materials : Influence of inhomogeneous broadening // IEEE J. Quantum Electron.- 1992.- V. 28.- P. 1179-1187.

81. Kraus F., Fermann M., Brabec Т., Curley P., Hofer M., Ober H., Spilmann Ch., Winter E., Schmidt M., Femtosecond solid state lasers // IEEE J. Quantum Electron.-1992.- V. 28.-№ 10.- P. 2097-2122.

82. Rundquist A., Durfee C., Chang Z., Taft G., Zeek F., Badeus S., Munnama M., Kapteyn H., Christov I., Ultrafast laser and amplifier sources // Applied Physics B.-1997.- V. B65.- №2.- P. 161-174.

83. Пестряков E.B., Алимпиев А.И., Матросов B.H., Перспективы развития фемтосекуидиых лазерных систем на кристаллах бериллиевых алюминатов, активированных ионами хрома и титана // Квантовая электроника.-2001Т. 31.-№ 8.- С. 689-696.

84. Физика и спектроскопия лазерных кристаллов / Отв. ред. А.А. Каминский.- М.: Наука, 1986.- 272 с.

85. Афанасьев В.А., Оптические измерения.- М.: Недра, 1968.- 263 с.

86. Adair R., Chase L.L., Payne St. A., Nonlinear refractive index of optical crystals // Phys. Rev. B.-1989.-V. 39.-P.3337-3350.

87. Spence D.E., Kean P.N., Sibbett I., 60-fsec pulse generation from a self-modelocked Ti:sapphire laser// Optics Letters.- 1991.-V. 16.- P. 42-44.

88. Cline C.F., Morris R.E., Dutton M., Harget P., Physical properties of BeA^C^ single crystals //J. Materials Science.- 1979.- V.14.- P. 941-944.

89. Mahr H., Ultraviolet absorption of KI diluted in KC1 crystals // Physical Review.-1962.- V. 125.- № 5.- P. 1510-1516.

90. Kirpichnikov A.V., Petrov V.V., Pestryakov E.V., Trunov V.I., Alimpiev A.I., The Raman spectra for single crystal ВеА16Ою, (to be published).

91. Woods B.W., Payne St.A., Marion J.E., Hughes R.S., Davis L.E., Thermomechanical and thermo-optical properties of the LiCaAlF6:Cr3+ laser material // J. Opt. Soc. Amer. В.- 1991.- V. 8.- P. 970-977.

92. Payne St.A., Smith L.K., Beach R.J.,Chai B.H.T., Tassano J.H., DeLoach L.D., Kway W.L., Solarz R.W., W.F. Krupke, Properties of Cr:LiSrAlF6 crystals for laser operation // Applied Optics.-1994.- V.33.-P.5526-5536.

93. Dixon R.W., Cohen M.G., A new technique for measuring magnitudes of photoelastic tensors and its application to lithium niobate // Appl. Phys. Lett.- 1966.- V.8.- № 8.- P. 205-207.

94. Dixon R.W., Photoelastic properties of selected materials and their relevance for applications to acoustic light modulators and scanners // J. Appl. Phys.- 1967.- V. 38.-№13.- P. 5149-5153.

95. Най Дж. Физические свойства кристаллов,- М: Мир, 1967.- 385 с.

96. Рейсленд Дж., Физика фононов.- М: Мир, 1975.- 365 с.

97. Физическая акустика / Под ред. Мэзона У,- М: Мир, 1968.- Т. 3.- Ч. Б.- 391 с.

98. Зубринов И.И., Семенов В.И., Пестряков Е.В., Петров В.В., Алимпиев А.И., Упругие и упругооптические свойства кристалла гексаалюмината бериллия ВеА16Ою // Кристаллография.-1998.- Т. 43.- № 4.- С. 706-709.

99. Борн М., Хуан Кунь, Динамическая теория кристаллических решеток.- М.: Изд-во иностр. лит., 1958.- 372 с.

100. Рубин и сапфир / Отв. ред. JI.M. Беляев.- М.: Наука, 1974.- 232 с.

101. Федоров Ф.И., Теория упругих волн в кристаллах.- М., 1965.

102. Лейбфрид Г., Микроскопическая теория механических и тепловых свойств кристаллов.- М.: Физмат., 1963.- 312 с.

103. Богданов С.В., Зубринов И.И., Пестряков Е.В., Сапожников В.К., Интерференционный акустооптический метод измерения скорости звука // Акустический журнал.- 2000.- Т. 46.- № 1.- С. 35-41.

104. Труэлл Р., Эльбаум У., Чик Б., Ультразвуковые методы в физике твердого тела.-М.: Мир, 1972.-307 с.

105. Плеханов В.Г., Динамика решетки изотопически смешанных кристаллов (обзор) // Оптика и спектроскопия.- 1997.- Т. 82.- № 1.- С. 105-137.

106. Vink А.Р., Meijerink A., Electron-phonon coupling of Cr3+ doped garnets // J. Phys. Chem. Solids.- 2000.- V. 61.- P. 1717-1725.

107. Zhang Z.Y., Grattan K.T.V., Palmer A.W. Temperature dependences of fluorescence lifetimes in Cr3+-doped insulating crystals // Phys. Rev. В.- 1993.- V. 48.-№ 11.- P. 7772-7778.

108. Fonger W. H., Struck C. W., Temperature dependences of Cr3+ radiative and nonradiative transitions in ruby and emerald // Phys. Rev. В.- 1975.- V. 11.- № 9.- P. 3251-3260.

109. Payne S.A., Chase L.L., Wilke G.D., Optical spectroscopy of the new laser materials, LiSrAlF^Cr3* and LiCaA^Cr3* // J. Lumin.- 1989.- V. 44.- №3.- P. 167-176.

110. Тумаев E.H., О спектрах люминесценции в модели конфигурационных кривых // Оптика и спектроскопия.- 1981.- Т. 50.- С. 475-478.

111. Pestryakov E.V., Petrov V.V., Volkov A.G., Maslov V.A., Spectroscopic properties of Cr3+ ions in KTP single crystals //Proceedings of SPIE.- 2002.- V. 4766.- P. 71-77.

112. Стоунхэм A.M., Теория дефектов в твердых телах.- Т. 1.- М.: Мир, 1978.- 350 с.

113. Bartram R.H., Stoneham A.M., On the luminescence and absence of luminescence of F centers // Sol. St. Communs.- 1975.-V. 17.-P. 1593-1598.

114. Берсукер И.Б., Эффект Яна-Теллера и вибронные взаимодействия в примесных кристаллах.- М.: Наука, 1987.

115. Kueck S., Hartung S., Hurling S., Petermann K., Mn3+:Fundamental spectroscopy and excited-state absorption // Laser Physics.- 1998.- V. 8.- P. 206-209.

116. Кюри Д., Люминесценция кристаллов.- М.: Наука, 1961.

117. Ландсберг Д.С., Оптика.- М.: Наука, 1976.

118. Solntsev V.P., Pestryakov E.V., Alimpiev A.I., Tsvetkov E.G., Matrosov V.N., Trunov V.I., Petrov V.V., BeAl6Oi0: Cr3+ (Ti3+, Ni2+) laser crystals and their spectroscopic characteristics // Optical Materials.- 2003.- V. 24.- №3.- P. 519-525.

119. Солнцев В.П., Алимпиев А.И., Юркин A.M., Спектры поглощения и ЭПР ионов Сг3+ в кристалле LaBeAlnOig // Журнал прикладной спектроскопии.- 1999.- Т. 66.- № 2.- С. 275-277.

120. Borel С., Wyon С., Aubert J., Manaa Н., R.Moncorge, Luminescence properties, crystal growth and laser capability of Cr doped LMA // J. Luminescence.- 1993.-V. 55.-P. 95-103.

121. Zhang Z. Y., Grattan К. Т. V., Palmer A. W., Thermal characteristics of alexandrite fluorescence decay at high temperatures, induced by a visible laser diode emission // J. Appl. Phys.- 1993.- V. 73.- № 7.- P. 3493-3498.

122. Zhang Z.Y., Grattan K.T.V., Palmer A.W., Temperature dependence of the YAG:Cr fluorescence lifetime over the range 77 to 900 К // Phys. Rev. B- 1995.-V. 51.- P. 2656-2660.

123. Алимпиев А.И., Пестряков E.B., Петров B.B., Солнцев В.П., Трунов В.И., Перестраиваемая генерация на электронно-колебательном переходе 4Т2 4А2 ионов Сг3+ в ВеА16Ою // Квантовая электроника.- 1988.- Т. 15.- С. 509-511.

124. Ни Zhiwei, Ma Xiaoshan, Wu Guanghao, Pan Peicong, Energy levels and spectroscopic characteristics of BHA-Cr3+ crystals // Chin. J. Lasers.- 1988.- V. 15.- № 4.-P. 250-252.

125. Ma Xiaoshan, Pan Peicong, Ни Zhiwei, Wu Guanghao, A novel tunable crystal candidate Cr3* doped beryllium hexa-aluminate (BHA:Cr3+) // Chin. J. Lasers.- 1988.-V. 15.- № 7.-P. 403-407.

126. Ни Zhiwei, Wu Guanghao, Ma Xiaoshan, Pan Peicong, Zhang Xiurong, Fluorescence characteristics of ВеО-ЗАЬОз-Сг3* crystals // Chin. J. Lasers.- 1988.- V. 15.- № 9.-P. 528-530.

127. Алимпиев А.И., Пестряков E.B., Петров B.B., Трунов В.И., Алюминаты бериллия, активированные ионами титана и хрома активные среды перестраиваемых лазеров // Известия АН СССР. Серия физическая.- 1990.- Т. 54.-№8.- С. 1507-1511.

128. Насельский С.П., Сергеев A.M., Столяров С.Н., О влиянии осветителя на КПД твердотельных лазеров с оптической накачкой // Лазерная техника и оптоэлектроника.- 1993.- № 1-2.- С. 64-68.

129. Звелто О., Принципы лазеров.- М.: Мир, 1990.- 560 с.

130. Пестряков Е.В., Петров В.В., Трунов В.И., Алимпиев А.И., Генерация перестраиваемого излучения на ионах Cr3* в кристалле ВеА16Ою при ламповой накачке // Квантовая электроника.-1993.- Т. 20.- № 7.- С. 665-668.

131. Walling J.C., Panel discussion on chromium tunable lasers // Springer Series in Opt.Sci., "Tunable solid state lasers 1Г ed. by A.B. Budgor, L. Esterowitz, and L.G. DeShazer.- 1986.- V. 52.- P. 196-199.

132. Petrov V.V., Pestryakov E.V., Trunov V.I., Kirpichnikov A.V., Alimpiev A.I., BeAl6O10: Cr3+ : A promising active medium for femtosecond lasers // Proceedings of SPIE.- 2003.- V. 5137.- P. 73-80.

133. Степанов Б.И., Методы расчета оптических квантовых генераторов, том 1.-Минск: Наука и техника, 1966.- 484 с.

134. Крюков П.Г., Лазеры ультракоротких импульсов // Квантовая электроника,-2001.- Т. 31.-№2.- С. 95-119.