ВКР активные кристаллы и разработка ВКР преобразователей на их основе тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

005012120

Зверев Петр Георгиевич

ВКР АКТИВНЫЕ КРИСТАЛЛЫ И РАЗРАБОТКА ВКР ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НА ИХ ОСНОВЕ

01.04.21 - лазерная физика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

1 2 МДР 2012

Москва - 2011

005012120

Работа выполнена в Институте общей физики им. A.M. Прохорова РАН.

Научный консультант: Басиев Тасолтан Тазретович

член-корреспондент РАН,

доктор физико-математических наук, профессор,

Институт общей физики им. A.M. Прохорова РАН, г. Москва

Официальные оппоненты:

Грасюк Аркадий Захарьевич

доктор физико-математических наук, профессор, Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, г. Москва

Поливанов Юрий Николаевич

доктор физико-математических наук, профессор, Институт общей физики им. A.M. Прохорова РАН, г. Москва

Фомичев Алексеи Алексеевич

доктор физико-математических наук, профессор, Московский физико-технический институт, г. Долгопрудный.

Ведущая организация: Институт спектроскопии РАН, г. Троицк.

Защита диссертации состоится 26 марта 2012 г. в 15-00 часов на заседании диссертационного совета Д 002.063.02 при Институте общей физики им. A.M. Прохорова РАН по адресу: 119991 ГСП-1, г. Москва, ул. Вавилова, 38, корп.1, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института общей физики им. A.M. Прохорова РАН.

Автореферат диссертации разослан " ^ " января 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Макаров В.П. Тел.: (499) 503-83-94

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Развитие современной лазерной физики, широкое использование лазерных систем для решения научных и практических задач требует разработки и создания полностью твердотельных компактных, высокоэффективных источников лазерного излучения, работающих в новых спектральных диапазонах. Для многих применений необходимы спектрально позиционированные источники лазерного излучения, работающие на конкретных длинах волн. Для медицинских, лидарных и специальных применений требуются лазеры, работающие в безопасном для глаз спектральном диапазоне. Поэтому создание источников когерентного лазерного излучения на новых длинах волн является актуальной задачей современной лазерной физики, как с научной, так и с практической точки зрения.

В настоящее время существуют несколько путей создания полностью твердотельных лазерных систем в новых спектральных областях:

• Поиск новых активных лазерных сред; получение генерации на новых частотах с использованием уже известных лазерных материалов; использование новых матриц, активированных традиционными лазерно-активными примесными ионами.

• Использование нелинейного преобразования частоты лазерного излучения уже имеющихся, доступных лазерных источников, включая параметрическое преобразование света, генерацию кратных, суммарных и разностных частот.

• Вынужденное комбинационное рассеяние (ВКР) излучения уже имеющихся, хорошо разработанных лазерных систем.

Хорошая лазерная среда должна обладать соответствующими спектральными свойствами, позволяющими создать инверсию населенности и получить лазерную генерацию, хорошими физико-техническими и оптическими характеристиками, быть технологичной, дешевой в изготовлении и эксплуатации, надежной и эффективной. К настоящему времени создано лишь считанное количество твердотельных сред, в основном кристаллы и стекла, активированные примесями редкоземельных и переходных металлов, на которых работает большинство промышленно выпускаемых лазерных систем.

Преобразование длины волны излучения путем параметрической генерации, удвоения и утроения частот, генерации суммарных и разностных частот позволяет использовать уже имеющиеся источники лазерного излучения. Однако в этом случае основной проблемой является поддержание условий фазового синхронизма для эффективного преобразования частоты.;

Сдвиг частоты в процессе ВКР определяется внутренней структурой среды. ВКР не требует выполнения условий фазового синхронизма. Коэффициент ВКР усиления определяется пиковым и интегр&чьным сечениями комбинационного рассеяния, которые определяются химическим составом кристаллов, его структурой, взаимодействием оптических фононов между собой и с решеточными колебаниями.

Исследование ВКР активных кристаллов и создание на их основе ВКР преобразователей является актуальной задачей как с точки зрения расширения фундаментальных представлений о динамике кристаллической решетки, так и с точки зрения создания спектрально позиционированных источников лазерного излучения на новых длинах волн.

Целью диссертационной работы являлось исследование процесса ВКР генерации в кристаллах, разработка методики поиска высокоэффективных ВКР активных сред, исследование процессов релаксации возбуждения фононов в ВКР активных кристаллах и разработка ВКР преобразователей и ВКР лазеров для получения лазерного излучения в новых спектральных диапазонах.

В рамках этого основного направления решаются следующие основные задачи:

1. Исследование спектральных и временных параметров ВКР активных мод в кристаллах методами спектроскопии спонтанного комбинационного рассеяния (КР), ВКР усиления и когерентного антистоксова рассеяния света (КАРС), измерение интегрального и пикового сечений КР, зависимостей спектральной ширины и частоты, времени релаксации от температуры.

2. Создание методики поиска высокоэффективных ВКР активных кристаллов по спектрам ■ спонтанного КР. Исследование зависимости стационарного и нестационарного коэффициента ВКР усиления от спектральных параметров ВКР активных мод. Анализ взаимосвязи параметров ВКР активных мод, химического состава кристалла, его кристаллической структуры.

3. Установление механизмов релаксации возбуждения ВКР активных мод в кристаллах с анионными комплексами.

4. Получение и исследование ВКР в кристаллах вольфраматов и молибдатов с шеелитовой структурой при возбуждении нано, пико и субмикросекундными лазерными импульсами. Измерение коэффициентов ВКР усиления в них.

5. Создание ВКР преобразователей, использующих одно- и много проходные схемы или дополнительный резонатор, с возбуждением пико-, нано- и субмикросекундными лазерными импульсами.

6. Получение лазерного излучения в безопасном для глаз спектральном диапазоне путем ВКР преобразования излучения стандартных неодимовых лазеров.

7. Разработка источника лазерного излучения на основе лазера на кристалле галлий-гадолиниевого граната (ГГГ), активированного ионами К<13*,' и ВКР преобразователя на кристалле Ва\УС>4 на длине волны 589,0 нм для создания искусственной натриевой звезды для адаптивной астрономии.

8. Создание высокоэффективного лазера высокой средней мощности с внутрирезонаторным ВКР преобразователем на кристалле Ва^/04 для безопасного для глаз спектрального диапазона.

9. Исследование спектрально люминесцентных характеристик ионов Ш3* в крист&тлах Ва\\Ю4, Зг\УС>4 и БгМоС^. Получение генерации в ВКР лазерах на кристаллах и 8гМо04:Ш3+ с ВКР самопреобразованием лазерного излучения в самой активной лазерной среде.

Научная новизна работы заключается в следующем:

Разработана методика поиска высокоэффективных ВКР активных материалов, исходя из спектров спонтанного КР кристалла, его химического состава и кристаллической структуры. Показано, что величины пикового и интегрального сечений КР ВКР активной моды определяют перспективность нелинейной среды для стационарного и нестационарного ВКР преобразования.

Впервые получено эффективное ВКР преобразование на кристаллах ВаХУСЬ, 5г\УС>4 и 8гМо04 при возбуждении пико-, нано- и субмикросекундными лазерными импульсами.

Установлено, что в кристаллах ВаО'ОзЪ и РЬ(К03)2 из-за большого энергетического зазора между внутренними КР модами и решеточными колебаниями отсутствуют трехфононные механизмы релаксации для ВКР активной моды. Релаксация ВКР активной А„(у() моды при низкой температуре описывается четырехфононным процессом распада на три низкоэнергетичных фонона, который имеет меньшую вероятность, чем трехфононный, что приводит к меньшей вероятности этого процесса и обуславливает высокий коэффициент ВКР усиления в этих кристаллах.

Установлена зависимость спектральной ширины ВКР активной моды от особенностей кристаллической решетки и типа катиона в ряду кристаллов вольфраматов и молибдатов с шеелитовой структурой. Тяжелый катион с большим ионным радиусом и большое межионное расстояние в решетке приводят к низкой

вероятности релаксационных процессов в кристаллах BaW04 и ВаМо04 и высокому коэффициенту ВКР усиления в них.

Впервые предложена методика измерения порога ВКР генерации и коэффициента ВКР усиления за один лазерный импульс при использовании цуга пикосекундных импульсов с плавно изменяемой амплитудой.

Впервые путем ВКР преобразования излучения стандартных неодимовых лазеров, работающих на длинах волн в области 1,06 и 1,3 мкм, получено лазерное излучение в безопасном для глаз спектральном диапазоне.

Впервые предложен и продемонстрирован источник лазерного излучения на основе задающего генератора на кристалле Ш3+:ГГГ и ВКР преобразователя на кристалле BaW04, работающий на длине волны 589,0 нм.

Разработан компактный ВКР лазер с выходной мощностью 0,6 Вт, работающий на длине волны 1536 нм, состоящий из задающего генератора на кристалле Nd:YV04 и внутрирезонаторного ВКР преобразователя на кристалле Ba\V04.

Впервые получена генерация в ВКР лазерах на кристаллах BaW04:Nd3+, SrW04:Nd + и SrMo04:Nd3+ при накачке излучением александритового лазера и газоразрядной лампы с ВКР самопреобразованием лазерного излучения в самой активной лазерной среде с пассивной модуляцией добротности кристаллом LiF с F2" ДО.

Впервые в ВКР лазере на кристалле SrMo04:Nd3+ с пассивным лазерным затвором на YAG:V3+ при накачке излучением александритового лазера получена лазерная

•■■ 1 " 4 4 ' '

генерация на переходе Рэд-» In,7 и ВКР самопреобразование излучения в безопасный для глаз спектральный диапазон.

Научная и практическая значимость

Установленные зависимости коэффициента ВКР усиления от спектральных параметров комбинационных мод позволили упростить методику поиска эффективных кристаллов для ВКР. Данные спектроскопии спонтанного KP дают информацию о величине стационарного и нестационарного коэффициента ВКР усиления и указывают на оптимальные условия использования конкретного кристалла. Разработанная методика измерения порога ВКР генерации и коэффициента ВКР усиления за один лазерный импульс при использовании цуга пикосекундных импульсов с плавно изменяемой амплитудой, существенно сокращает продолжительность проведения лазерных экспериментов и повышает их точность.

На основе ВКР активных кристаллов Ва\УС>4, Зг\У04 и 8гМоС>4 предложены высокоэффективные ВКР преобразователи и ВКР лазеры, дающие пико-, нано- и субмикросекундные лазерные импульсы, которые могут быть использованы в лазерных системах, работающих в видимом и ближнем ИК спектральных диапазонах. Созданный типоряд ВКР лазеров на кристаллах Ва\У04:Ш3+, 5г\У04:Ш3+ и йгМо04:Ш3+ с ВКР самопрсобразованием лазерного излучения в самой активной лазерной среде позволяет создать современные компактные полностью твердотельные источники лазерного излучения на новых длинах волн, в том числе в безопасном для глаз спектральном диапазоне.

Достоверность полученных результатов обеспечивается высоким уровнем экспериментальной техники, сопоставлением данных, полученных различными методами, применением современных теоретических представлений и методов обработки при анализе данных, сравнением с имеющимися литературными данными. Новизна работы подтверждается двумя патентами по теме диссертации.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту;

1. Методика поиска новых высокоэффективных ВКР активных материалов, исходя из анализа спектра спонтанного КР.

2. Высокий коэффициент стационарного ВКР усиления в кристаллах Ва(МОз)^ и РЬ(МОз)г, узкие спектральные ширины ВКР активных мод обусловлены отсутствием трехфононных процессов релаксации в кристалле вследствие больших энергетических зазоров между внутренними КР модами и решеточными колебаниями. г/

3. Большие масса и радиус катиона Ва2+, большое межионное расстояние в кристаллах Ваи'04 и ВаМоС>4 обуславливают узкие ВКР активные А. (VI) моды в этих кристаллах и высокий стационарный коэффициент ВКР усиления.

4. Кристалл Ва\У04, обладающий высоким пиковым и интегральным сечениями КР, позволяет получать эффективное ВКР преобразование пико-, I нано- и субмикросекундных импульсов лазерного излучения в видимой и ближней ИК спектральных областях.

5. Твердотельный лазер желтого спектрального диапазона, , на основе неодимового лазера накачки на кристалле №3+:ГГТ, ВКР преобразователя частоты излучения на кристалле Ва\У04 и удвоителя частоты, позволяет осуществить резонансное возбуждение переходов З^д З'Рзя. 32Р1д атомов натрия.

6. Компактный ВКР лазер на кристалле №:УУ04 с накачкой лазерным диодом, акустооттгическим затвором и внутрирезонаторным ВКР преобразователем на

кристалле BaW04 дает излучение на длине волны 1536 нм с выходной мощностью 0,6 Вт и дифференциальным КПД преобразования излучения лазерного диода в стоксовое 44%.

7. Впервые получена лазерная генерация в кристаллах BaW04:Nd3+, SrW04:Nd3+ и SrMo04:Ndb на оптическом переходе 4F3/2->4Ij и в режимах свободной генерации и модулированной добротности при возбуждении импульсным лазером на кристалле александрита. В лазере на кристалле SrW04:Nd3+ достигнут дифференциальный КПД преобразования, равный 46%, при возбуждении излучением александритового лазера.

8. ВКР лазер на кристалле SrMo04:Nd3+ с пассивным лазерным затвором на YAG:V3+ при накачке излучением александритового лазера дает лазерное излучение в безопасном для глаз спектральном диапазоне за счет генерации ионов Nd3+ на оптическом переходе 4F3/2->4Ii3/2 и ВКР самопреобразования.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на научных семинарах Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН (Москва, Россия), физического факультета университета провинции Шандонг (Цзинань, Китай), факультета естественных наук университета Пуэрто Рико в Майягуэзе, (Пуэрто Рико, США), физического факультета университета штата Нью Мексика (Альбукерке, США).

: Материалы диссертации обсуждались на международных конференциях: Advanced Solid State Lasers, ASSL-2002 (Квебек, Канада), Advanced Solid State Photonics, ASSP-2004 (Санта Фе, США), International Conference on Material Sciences and Solid Stat? Physics, MSCMP-2004, MSCMP-2006 (Кишинев, Молдова), International Conference on Nonlinear Optics, ICONO/LAT 2005 (Санкт Петербург), International Conference «Photonics Prague-2002» (Прага, Чехия), Международная конференция «Лазерная физика и применения лазеров-2003» (Минск, Беларусь), «Оптика лазеров 2093-и 2006» (Санкт Петербург),- International conference Photonics West, LÄSE 2006 (Сан Хосе, США), Conference on Lasers and Electro Optics, CLEO/Europe-2001 и CLEO/Europe-2007 (Мюнхен, Германия), International Conference on Advanced Optoelectroiics and Lasers, CAOL-2003 (Алушта, Украина), CAOL-2005 (Ялта, Украина), CAOL-2008 (Алушта, Украина), International Conference on Photoacoustic and Photothermai Phenomena, ICPPP-2009 (Левей, Бельгия), International School-Seminar "Spectroscop? of molecules and crystals", ISSSMC-2009 (Береговое, Украина), International Conference on Phonons, Phonon-2007 (Париж, Франция), Phonon-2010 (Тайпей, Татань), Международная конференция «Лазерная физика и оптические технологии», ЛФиОТ-2008 (Минск, Беларусь), Internationa! Conference on Raman

spectroscopy, ICORS-2010 (Бостон, США). Результаты работы докладывались на Национальной конференции по росту кристаллов, НКРК-2002, 2010 (Москва), Всероссийских конференциях «Нано-, микро-, оптоэлектрокики и волоконной оптики: физические свойства и применение», ВМНШ-2007, 2008, 2009,2011 (Саранск).

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 54 работы, список которых приведен в конце автореферата [А1-А54], из которых: 27 работ опубликованы в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных ВАК, [Al, A3, A4, А9, А10, А14, А15, А17-А23, А29, АЗЗ, А34, А36-А40, А44, А45, А47, А48, А54]; получено 2 патента [А27, А28]; 25 работ опубликованы в материалах всесоюзных, всероссийских и международных конференций [А2, А5-А8, А11-А13, А16, А24-А26, А30-А32, А35, А41-А43, А46, А49-А53].

Личный вклад автора.

Содержание диссертации и основные положения, выносимые на защиту, правильно отражают личный вклад автора. Все основные результаты работы получены автором лично, либо при его непосредственном участии. Часть экспериментальных исследований по ВКР пикосекундных импульсов выполнена совместно с м.н.с. Чунаевым Д.С.. Часть работ по измерению спектров спонтанного KP кристаллов была выполнена совместно с в.н.с. Соболем A.A.. ¡Основные работы выполнены в соавторстве с сотрудниками Института общей физики РАН, а также в творческом содружестве с зарубежными коллегами, которые принимали участие и оказывали помощь в проведении отдельных исследований. Во всех случаях использования результатов других исследований в диссертации приведены ссылки на источники информации.

Диссертационная работа выполнена в лаборатории лазерной спектроскопии твердого тела отдела лазерных материалов и фотоники Научного центра лазерных материалов и технологий Института общей физики им. A.M. Прохорова РАН. Работа выполнялась в рамках проектов РФФИ № 98-02-16523-а, № 02-0281003-Бел2002-а, № 03-02-17309-а, № 06-02-16339-а, руководителем которых являлся автор, а также при частичной финансовой поддержке Минобрнауки РФ (гос. контракт № 16.513.12.3019), проектов МНТЦ №2022, СПП РАН.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, заключения и списка цитированной литературы. Общий объем

диссертации составляет 328 страниц, включая 211 рисунков, 51 таблицу и библиографию из 223 наименований.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи работы, представлена научная новизна и практическая значимость полученных результатов. Кратко изложены основные научные положения, выносимые на защиту. Приведены сведения об апробации работы, личном вкладе автора, структуре и объеме диссертации.

Первая глава является обзорной. В ней дана краткая историческая справка о процессах КР и ВКР. Приводятся основные зависимости, описывающие стационарный и нестационарный режим ВКР, коэффициент ВКР усиления и его зависимость от длительности импульса накачки. Отмечены достоинства кристаллических сред для ВКР, в частности, большая концентрация рассеивающих центров, хорошие теплофизические свойства, большой спектр стоксовых сдвигов и широкая область прозрачности. Приведены различные схемные решения твердотельных ВКР преобразователей, включая одно и много проходные схемы, схемы с дополнительным резонатором, схемы внутрирезонаторного ВКР преобразования. В главе обосновывается основная цель настоящей работы - поиск новых высокоэффективных ВКР активных кристаллов и создание ВКР преобразователей и ВКР лазеров на их основе.

Вторая глава посвящена разработке методики поиска новых ВКР активных кристаллов, исследованию спектроскопических параметров ВКР активных мод большой группы кристаллов, исследованию коэффициентов ВКР усиления при возбуждении нано и пикосёкундными импульсами.

Отметим, что в стационарном случае в приближении заданного поля накачки интенсивность излучения на стоксовой длине волны в процессе ВКР описывается экспоненциальной зависимостью: Ь(1) = ¡¡(0)1Р■!}, где 1$(0) - начальная интенсивность стоксова излучения, 1Р - интенсивность накачки, / - длина среды, а gss -стационарный коэффициент ВКР усиления, который определяется как [1]:

здесь Исг/сЮ - сечение КР, с - скорость света, 1Р и Я5 - длины волн накачки и стоксова излучения, п$ - показатель преломления на дтине волны стоксовой компоненты, N -число рассеивающих центров, Луц - спектральная ширина ВКР активной моды. Таким

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

(1)

образом, в стационарном случае коэффициент DKP усиления прямо пропорционален ссчению KP деленному на спектральную ширину ВКР активной моды, что можно трактовать как пиковое сечение KP £pitIk-

В нестационарном режиме, когда длительность импульсов накачки тр меньше времени релаксации ВКР активного колебания Tr (тр < Тд), и спектральная ширина лазера накачки (Лvp) больше, чем ширина линии вибронного перехода Луц (Avp > Avp)\ в случае прямоугольного импульса накачки и при отсутствии ее истощения аналитическое выражение для интенсивности Стоксова излучения может быть записано как [2, 3]:

Из уравнения (2) видно, что коэффициент ВКР усиления в нестационарном случае пропорционален корню квадратному из произведения плотности интенсивности накачки 1р-тр, длины кристалла 1, и интегрального сечения КР ~ da/dil, но не зависит от ширины линии A vr. Можно сказать, что нестационарный коэффициент ВКР усиления gtr~(£mt)'/2. Таким образом, оценить перспективность использования того ми иного материала для ВКР преобразования лазерного излучения можно, анализируя спектр его спонтанного КР, измеряя величины интегрального и пикового сечений КР ВКР активной моды.

В разделе 2.1 приведены результаты исследования спектров спонтанного КР ВКР активных мод нескольких десятков кристаллов (таблица 1), установлены закономерности величин интегрального и пикового сечений КР в зависимости от структуры и химического состава кристаллов. Значения пикового и интегрального сечений КР в кристалле алмаза одни из самых больших, поэтому алмаз был выбран в качестве эталонного образца и величины £реак и Г/ш в нем были обозначены как 100. Значения £реак и Х„, для других кристаллов определялись по отношению к сечениям КР в алмазе. Максимальные значения £ы наблюдаются для колебательной моды 632 см'1 в кристалле LiNb03 (166), в кристалле пар'ателлурита (150), в ТЮ2 (159), в кристаллах РЬМо04 и PbW04 (390 и 171). Большие значения Г,„, наблюдаются также в кристаллах вольфраматов и молибдатов (от 46 до 65), в Lil03 (54), в кристаллах ванадатов (92). Важно отметить, что интегральное сечение одинаково в однотипных кристаллах: в ванадатах, в нитратах, в вольфраматах и молибдатах с шеелитовой структурой.

Коэффициент ВКР усиления в стационарном режиме определяется величиной пикового сечения КР 1реаь Из данных таблицы 1 следует, что большое ВКР усиление в

(2)

стационарном режиме следует ожидать в кристаллах РЬМо04 и РЬ\У04, кристаллах взнадатов (76 и 66), кристаллах Ва(МОз)2 и (63 и 44). Несмотря на то, что

интегральное сечение ВКР активных мод в кристаллах нитратов в 2-3 раза ниже, чем в кристаллах вольфраматов и молибдатов с шеелитовой структурой, кристаллы Ва(1\Юз)2 и ШМОз обладают высокими пиковыми сечениями КР, поскольку в них наблюдаются очень узкие ВКР активные моды. Отметим, что кристалл СаСОз, в котором впервые наблюдалось ВКР, обладает довольно низкими значениями интегрального и пикового сечения КР.

Кристаллы Ва\\Ю4, ВаМо04, БгЛУОд, 5гМо04 обладают высокими значениями интегрального и пикового сечений КР, что позволяет им хорошо работать как в стационарном режиме ВКР при возбуждении наносекундными лазерными импульсами, так и в нестационарном при возбуждении импульсами с длительностью десятки пикосекунд. Это позволяет их рассматривать в качестве универсальных ВКР активных кристаллов.

Таблица 1. Параметры ВКР активных мод в исследованных кристаллах

Кристалл Симметрия решетки Геометрия возбужд. V«, см"1 Луп, см"1 £¡111, отн.ед. Ереаку отн.ед.

Алмаз 0„7 1С3 1332.9 2.7 100 100

Простые оксиды

Тс02 Б/ 1С4 648 9 150 32

ТЮ2 0«, - 612 49 159 10

БЮг //С3 464 7 2.2 1.2

А120з Ри : - 419 2.0 0.05 0.07

ЪпО СбУ - 438 6.0 7.14 2.7

У:Оз Тн7 ■ - 378.6 4.0 3.3 2.16

Нитраты и карбонаты

Ва(ЫОз)2 Тн6 ; НС4 1048.5 0.4 21 63

РЬ(КОз)2 ■ т„6 //С 4 1046 1.0 10 62

N3^3 Тк6 1С3 1069.2 1.0 23 ■•■ 44"

СаСОз Ъл 1С3 1086.4 1.2 6.0 10.6

Вольфраматы

CaW04 Сп\6 //С4 ±С4 911 6.9 50 40 18.6 15

3ги'04 Сць6 //с4 ±С4 921 3 50 40 41 33

Ва\</04 с4„6 //с4 л_с4 925.6 1.6 52 42 64 52

PbW04 С4ь6 1С4 //с4 904.7 4.7 171 120 97 65

KGd(W04)2 С»6 хс2 ИСг 901 767 5.4 5.4 50 59 35 37

КУ(\У04)2 с2„6 ±с2 905.6 7 46 35

КУЬ(\У04)2 С^6 хс2 908 7.4 48 34

Молибдаты

СаМо04 С4и6 //С4 879 6.5 65 34

ЭгМоОд С4ь6 //С4 888 2.8 63 51

ВаМо04 С4|,<' // С4 892 2.1 55 64

РЬМо04 С4ь6 ±С4 //С4 871 8.0 390 203 120 64

Ванадаты

сауо4 04ь19 //С4 885 3.0 92 66

УУ04 //С4 892 3.8 92 76

Иодаты и ниобаты

ЫЮз Сб6 1С6 821 5.0 54 25

ЫЫЬОз С3у6 1С3 //С3 872 632 21.4 27 44 166 5 18

Ьа№04 С2Й3 //С2 805 9 22 7.1

Фосфаты

Са5(Р04)3Р Сбь2 //Се 964 2.8 3.4 3.8

8Г5(Р04)ЗР Сбь2 //Сб 950 2.8 3.4 3.8

Другие

Ва3(Вз06)2 Сзу6 ХС3 636.0 4.5 1.0 0.6

У3А15012 О,10 783 8 3.0 1.0

Ьи3А13012 О,10 796 11 2.8 0.7

СаБ2 Ок5 323 8.4 0.07 0.21

CdF2 Оь5 318 21 0.16 0.2

В разделе 2.2 приведены результаты экспериментального измерения стационарного коэффициента ВКР усиления С?„) в видимом и ближнем ИК спектральных диапазонах при возбуждении лазерными импульсами наносекундной длительности. Использовались методики определения по порогу ВКР генерации, а также при ВКР усилении слабого пробного стоксова луча в поле мощной волны накачки. Проведенные исследования коэффициента ВКР усиления при возбуждении наносекундными импульсами показали, что на длине волны 1064 нм коэффициент ВКР усиления в кристалле ВаШ04 составляет 8,5 см/ГВт, что лишь на 20% ниже, чем в кристалле Ва(1\т03)2 (11 см/ГВт). Коэффициент ВКР усиления в кристалле 8г\У04 составил 5.0 см/ГВт, что на 20% выше, чем в кристалле К0ё(\У04)2 (4,1 см/ГВт). Для создания ВКР преобразователей, работающих в стационарном режиме, необходимо использовать кристаллы хорошего оптического качества с высоким порогом оптического разрушения. Из исследованных кристаллов наиболее эффективным и технологичным для наносекундных применений оказался кристалл вольфрамата бария, который обладает высоким коэффициентом ВКР усиления, хорошей оптической стойкостью, является негигроскопичным в отличие от Ва(МОз)2.

Была установлена зависимость стационарного коэффициента ВКР усиления в кристалле Ва'й'СЬ от длины волны, возбуждающего излучения. Экспериментальные данные хорошо описываются теоретической зависимостью, учитывающей хвост полосы фундаментального поглощения в кристалле. При изменении длины волны накачки с 532 нм на 1064 нм коэффициент ВКР усилепия в кристалле Ва\\Ю4 падает в 4 раза от 36 см/ГВт до 8,5 см/ГВт. Поэтому в ИК спектральном диапазоне необходимо предпринимать специальные меры, чтобы достичь порог ВКР при плотностях мощности ниже, порога оптического пробоя материна, а именно использовать дополнительный резонатор, укорачивать длительность импульса накачки, использовать наносекундные импульсы с субнаносекундной временной модуляцией.

В разделе 2.3 предложена методика измерения порога ВКР генерации и коэффициента ВКР усиления за один лазерный импульс при использовании цуга пикосекундных импульсов с плавно изменяемой амплитудой. В длинном цуге длительность отдельных пикосекундных импульсов практически не меняется вблизи максимума. Поэтому, когда энергия отдельного импульса достигает порогового значения, то возникает стоксова генерация. За одну вспышку лазера накачки можно получить зависимость эффективности ВКР от энергии накачки и определить порог ВКР и коэффициент ВКР усиления.

Были измерены нестационарные коэффициенты ВКР усиления в кристаллах при возбуждении пикосекундными лазерными импульсами. Показано хорошее соответствие стационарных и нестационарных коэффициентов ВКР усиления с учетом степени нестационарности процесса ВКР, определяемой отношением времени релаксации ВКР активного фонона к длительности пикосекундного импульса лазерного возбуждения.

Рисунок 1. Зависимости эффективности ВКР от энергии накачки для кристаллов Ва\У04 (31 мм), Са\У04 (39 мм) и Зг\\Ю4 (45 мм) при возбуждении цугами импульсов длительностью 12 пс.

В третьей главе проведено исследование фонон-фононного и фонон-решеточного взаимодействия в ВКР активных кристаллах.

В разделе 3.1 рассмотрены особенности спектров спонтанного КР кристаллов с анионными комплексами. Установлено, что внутренние колебания, локализованные в анионных комплексах (М03)\ (\У04)"2, (Мо04)"2, (УС>4)"\ имеют слабое взаимодействие с другими внутренними и внешними, решеточными фононами. Во многих кристаллах существует большой энергетический зазор между ВКР активпой модой и другими внутренними и решеточными колебаниями. Число возможных каналов релаксации возбуждения ВКР активной моды ограничено и может быть определено выбором соответствующего механизма многофононной релаксации. Ранее релаксация внутренних колебаний была исследована в некоторых кристаллах с анионными комплексами: СаСО:! [4,5], К2Й04 [б], КаМО] [7]. Результаты работ показали, что температурное уширение КР мод дает информацию о преимущественных механизмах соответствующих внутренних колебаний [4-7].

Теория процессов релаксации в молекулярных кристаллах показывает, что полная ширина у, внутреннего фонона v; в идеальном кристалле равна сумме ширин, соответствующих различным механизмам релаксации или дефазировки [8]:

п = ri3dJ + г!3"' + yi4"' + r!4u> + rf4u>' + ri4dp> + ri4dp>' (3)

Здесь в верхнем регистре указан соответствующий релаксационный механизм и число участвующих в нем фононов. Так "of" (down) обозначает процесс распада, "и" (up) -переходы вверх, "dp" (dephasing) - процесс дефазировки. Наиболее простым релаксационным процессом является трехфононный процесс распада, когда внутренний фонон v, исчезает с испусканием двух фононов с меньшей энергией Vj и и, так что Vi = vj + vt. Этот процесс вносит вклад в уширение ц моды в виде [8]:

У.'"" ([(П) + +1) - прк ] S(v, -vrvt) (4)

jt

где и/ = (ехр { ha, / кТ} - 1) соответствующее равновесное число фононов. Здесь важно подчеркнуть, что при низкой температуре у, отлична от нуля только для процессов распада. При повышении температуры среды растет вероятность процессов ап-конверсии и дефазировки. Анализируя экспериментальные температурные зависимости уширения КР мод можно установить преимущественный механизм релаксации возбуждения КР мод, установить их взаимосвязь со спектром КР.

При изменении температуры образца наблюдается сдвиг частоты КР мод в кристаллах. Для частоты фонона v, можно записать [9,10]:

v,(T) = v,(0) + Avf(T) + Avf(T) (22)

здесь у/OJ обозначает гармоническую частоту при Т = 0 К. Изменение частоты фонона с температурой связано с двумя процессами. Во-первых, это может быть связано с тепловым расширением решетки, что приводит к ослаблению силовых постоянных, и кубический член ангармонического фонон-фононного взаимодействия Avf'fT) приводит к уменьшению частоты фонона с нагревом образца. Второй процесс, обозначаемый как Av?'(T) определяется влиянием ангармонических членов при расширении потенциала взаимодействия. Обычно этот член разложения приводит к увеличению энергии фонона с увеличением температуры, а его вклад меньше, чем первый процесс.

Раздел 3.2 посвящен исследованию релаксации фононных возбуждений в кристаллах Ва(>Юз)2 и РЬ(МОз)а. В кристалле Ва(МОз)2 при комнатной температуре наблюдается аномально узкая ВИР активная мода с шириной 0,4 см"1. Для исследования ее уширения при низкой температуре использовалась спектроскопия КР усиления и

пикосекундная КАРС спектроскопия. В первом случае в качестве накачки использовалось излучение основной гармоники КМ3+:УАО лазера, а узкополосное плавно перестраиваемое излучение лазера на кристалле 1лр с Р2" центрами окраски давало пробную стоксову волну. Регистрировалось ее усиление при перестройке длины волны, когда разность частот была близка к энергии ВКР активной моды.

В экспериментах по измерению времени жизни ВКР активной моды использовался метод КАРС, который заключался в том, что пикосекундный импульс накачки возбуждал ВКР в кристалле, а задержанный пробный луч, идущий под небольшим углом к накачке, генерировал сигнал КАРС [11]. Измерялась интенсивность этого сигнала в зависимости от временной задержки между импульсами накачки и пробного луча. Анализируя кривую изменения интенсивности сигнала КАРС, можно было определить время жизни ВКР активной моды. В кристалле Ва(Шз)2 при температурах 11, 100, и 200К она составила 300 ± 10, 145 ± 10, и 55 ± 3 пс, соответственно. Данные по спектральной ширине ВКР активной моды в кристалле Ва(Ъ10з)2, полученные различными методами, хорошо коррелировали между собой и позволили проанализировать ее уширение в диапазоне температур от 11 до 500 К (рисунок 2). Из-за большого энергетического зазора между внутренними и решеточными фононамн, в кристалле Ва(Ж)з)2 нет фононных мод, которые бы удовлетворяли закону сохранения энергии и давали бы трехфононный процесс распада для релаксации ВКР активной моды. Поэтому основную роль в релаксации играет четьгрехфононный процесс распада, который имеет меньшую вероятность, чем трехфононный, обуславливая сверхузкую спектральную ширину моды ЛvI{ = QM см"1 при температуре 11 К. На рисунке 2 точками показаны экспериментальные значения ширины моды, а пунктирами рассмотренные процессы релаксации: четырехфононный процесс распада у8л + V ш+ V«/ (А), ап-конверсионный процесс V юп + V ¡43

+ V ¡41 -> У1343 (В), процесс дефазировки V ¡04? + V«/ V ш? + (С), шестифононный процесс распада (О). Сплошная линия • описывает сумму двух релаксационных процессов: четырехфононного процесса распада (А) и шеетифононного процесса распада (В). В работе представлен анализ уширения и сдвига частоты для всех внутренних КР мод в кристалле Ва(Ы03)2 , определены параметры Грюнайзена для различных мод.

В разделе 3.3 проведено исследование спектров спонтанного КР ВКР активных мод в кристаллах вольфраматов и молибдатов с шеелитовой структурой в широком температурном интервале. Это позволило выявить закономерности энергетических диаграмм комбинационных мод, параметров ВКР активных Аг мод в зависимости от

размера и массы катионов. Результаты показали, что наличие тяжелых катионов Ва2+, с большим ионным радиусом и большого межионного расстояния в решетке приводят к низкой вероятности релаксационных процессов в кристаллах Ва\\'С)4 и ВаМо04, узким ВКР активным у^А^ модам в этих кристаллах (спектральная ширина 1.6 см"' и 2.2 см"1 при комнатной температуре) и высокому коэффициенту ВКР усиления в них.

Т. (К)

Рисунок 2. Температурное уширение Ае(уО ВКР активной моды (1047 см'1).

В кристалле вольфрамата бария проведен анализ температурного уширения ВКР активной Ае(У]) моды, который показал, что фононная релаксация с высокой точностью может быть описана суммой двух релаксационных процессов. При низкой температуре релаксация идет в основном путем трехфононного процесса: распада на два фонона: с возбуждением одного из у3 группы и решеточного фонона. При высокой температуре существенный вклад в релаксацию дает процесс дефазировки из-за взаимодействия ВКР активной моды с решеточными колебаниями. Энергетический зазор между V, и у3 модами в кристаллах вольфраматов и молибдатов в ряду Са Бг -> Ва растет, приводя к уменьшению вероятности релаксации для кристаллов Ва'\У04 и ВаМо04.

В разделе 3.4 проведен анализ внутренних и внешних причин, приводящих к изменению температуры ВКР активных лазерных элементов и влияющих на стабильность их нелинейных параметров. Показано, что в ближней ИК спектральной области при 100-процентном квантовом преобразовании наличие стоксовых потерь в ВКР лазере приводит к рассеянию до 20°/| от общей мощности возбуждающего излучения при генерации первой стоксовой компоненты. Исследования показали, что изменение температуры нелинейного кристалла влияет на стабильность параметров ВКР лазера, в частности, на частоту шходного излучения и коэффициент ВКР

усиления. Исследованы температурные зависимости параметров ВКР активных мод в кристаллах нитратов, вольфраматов, молибдатов, ванадатов. В кристаллах вольфраматов и молибдатов бария, строиция, кальция и свинца наблюдаются близкие температурные зависимости частоты ВКР активной моды, а именно энергия моды уменьшается с повышением темперачуры. Самая низкая чувствительность частоты ВКР активной моды к температуре наблюдается в кристаллах Са^ЛЮ.» и В кристаллах

вольфраматов наблюдается меньшая чувствительность к температуре, чем в кристаллах молибдатов. В целом исследование спектров спонтанного комбинационного рассеяния показало, что наиболее перспективные кристаллы для разработки лазерных преобразователей на основе вынужденного комбинационного рассеяния являются кристаллы вольфрамата бария и стронция, молибдата стронция и нитрата бария.

Четвертая глава посвящена различным схемным решениям одно- и многопроходных ВКР устройств, ВКР преобразователей с дополнительным резонатором; экспериментальному исследованию ВКР при возбуждении нано-, пико- и субмикросекундными лазерными импульсами. Обсуждаются достоинства и недостатки различных схем ВКР преобразователей.

В разделе 4.1 рассмотрены одно и многопроходовые схемы кристаллических ВКР преобразователей на кристаллах Ва'№04, Ва(Ы03)2, К0а(\У04)2 с возбуждением нано- и пикосекундными лазерными импульсами. Установлено, что основной проблемой таких систем является оптический пробой кристаллов из-за необходимости повышения плотности мощности накачки для достижения порога ВКР. Проведены эксперименты в видимой и ближней ИК спектральных областях, в том числе и на безопасных для глаз длинах волн. Для создания ВКР преобразователя с возбуждением нано и субмикросекундными импульсами оказалось предпочтительней использовать конвертеры с дополнительными резонаторами, что позволяет получить многократное прохождение излучения накачки и стоксова излучения по ВКР кристаллу, увеличивая эффективную длину их взаимодействия, снижая пороговую плотность мощности накачки для ВКР. Выбор дихроичных зеркал дополнительного резонатора с определенными спектральными характеристиками обеспечивает выходное излучение на соответствующей стоксовой компоненте.

Проведены экспериментальные исследования однопроходового ВКР усилителя на кристалле Ва(Ш3)2, которые показали, что при разработке ВКР усилителей необходимо оптимизировать пространственное и временное перекрытие пучков накачки и пробного излучения, учитывать пространственный профиль взаимодействующих лучей. В

оптимальных условиях было получено ВКР усиление с коэффициентом усиления 15 и эффективностью преобразования 5%.

В разделе 4.2 проведены исследования ВКР пикосекундных лазерных импульсов в кристаллах Ва(Ж)з)г, Ва\У04. Показано, что большое время релаксации в кристалле Ва(ЫОз)г приводит к сильно нестационарному режиму ВКР генерации при возбуждении лазерными импульсами длительностью 20 пс, повышению пороговой интенсивности накачки. В работе было исследовано внеосевое рассеяние в кристалле Ва(Ж)з)г при возбуждении второй гармоникой Ш3+:ИАГ лазером. Наблюдались конусы рассеяния во вторую и третью стоксовы и антистоксову компоненты, конус поглощения для первого стокса, которые являлись результатом четырехфотонных процессов при ВКР.

Представлены результаты ВКР пикосекундных импульсов в кристалле Ва\У04. Установлено, что для импульсов длительностью 28 пс при переходе к нестационарному режиму коэффициент ВКР усиления в кристалле Ва\У04 остается выше, чем в К0с1(\У04)2 и КУ(\У04)2 (таблица 2). За счет нелинейного характера взаимодействия, ВКР приводит к укорочению лазерных импульсов, увеличению пиковой мощности лазерного излучения.

Экспериментальные исследования методом г-Бсап нелинейного показателя преломления в кристаллах ВаАУОд и Ва(ЫОз)2 при использовании пикосекундных лазерных импульсов показали, что нелинейность в обоих кристаллах имеет положительный знак, что может приводить к самофокусировке излучения при высоких интенсивностях накачки.

Таблица 2. Экспериментальный и расчетный стационарный коэффициенты ВКР усиления в кристаллах Ва'У/О.», КШ(Ш)4)г и КУ(\У04)2 при возбуждении основной и второй гармониками Хс13+:УАО пикосекундного лазера.

Кристалл Экспериментальный коэффициент ВКР усиления [см/ГВт] Расчетный стационарный коэффициент ВКР усиления [см/ГВт]

1064 нм 532 нм 1064 нм 532 нм

Ва\У04 3.8 14.4 8.5 36

КСс1(\У04)2 3.0 11.5 3.5 16

КУ(Ч/04)2 4.7 18.7 5.1 21

В разделе 4.3 представлены результаты, показывающие перспективность кристалла Ва\УС>4 для разработки ВКР преобразователей квазннепрерывного лазерного излучения. Временные исследования показали возможность 50-кратного укорочения лазерных импульсов при генерации первой Стоксовой компоненты вблизи порога ВКР. Генерация высших стоксовых компонент позволила получить последовательное укорочение лазерных импульсов для излучения с различными частотными сдвигами.

Желтый ВКР лазер на основе нового кристалла ВаАУ04 с частотой повторения импульсов 1 кГц при накачке излучением второй гармоники Ш'^УШ1 лазера (527 нм) с мощностью накачки 1-10 Вт давал излучение на первой и второй Стоксовых компонентах (544 км и 583 им) с КПД преобразования 2% и 1%, соответственно. Дифференциальный КПД в первую Стоксову компоненту при пороговых условиях достигал 15%.

Использование дихроичных зеркал с высоким коэффициентом отражения в ВКР резонаторе приводил к ВКР не только на основной Л^ц) (925 см"1) моде, но и на дополнительной (332 см"1). Сложный спектральный состав излучения на выходе ВКР лазера свидетельствовал о существовании различных комбинаций Стоксовых сдвигов в рассеянном излучении с участием двух комбинационных мод Ац(V¡) (925 см'1) и А.е(у^ (332 см"1). Это с одной стороны, расширяет возможности получения различных частот излучения, с другой стороны, должно учитываться при разработке ВКР преобразователей для получения генерации на определенной Стоксовой компоненте.

В разделе 4.4 рассмотрена проблема создания лазера для возбуждения люминесценции атомов натрия в верхних слоях атмосферы в целях адаптивной астрономии. Ограничивающим фактором разрешения для наземных астрономических наблюдений является турбулентность нижних слоев атмосферы, которая дает угловые искажения на уровне 0,3". Адаптивные оптические системы позволяют значительно увеличить угловое разрешение наземных телескопов. Поэтому в 80-е годы было предложено создать в поле наблюдения искусственную лазерную звезду и корректировать изображение с учетом ее аберрации в атмосфере. Было предложено использовать флюоресценцию атомов натрия, находящихся в мезосферном слое атмосферы на высоте 90-100 км [12]. Создание источника для возбуждения искусственной натриевой звезды является технически сложной задачей, поскольку необходим лазер, работающий на длине волны 589,0 нм, точно соответствующей Ог переходу атома натрия. Необходим лазер с высокой выходной мощностью и высоким качеством пространственного распределения выходного излучения, с возможностью точной подстройкой длины волны.

В качестве такого лазера в работе предложена лазерная система на основе задающего генератора на кристалле Ш3+:ГТТ и ВКР преобразователя на кристалле Ва\У04 и удвоителя частоты. Возможны два варианта получения требуемой длины волны: первый вариант - генерация задающего лазера (1062.1 нм), ВКР преобразование в первый стокс (1177.9 нм) и удвоение частоты (589.0 нм) и второй вариант - задающий лазер (1062.1 нм), удвоение частоты (531.05 нм) и преобразование во вторую стоксову компоненты (589.0 нм). На рисунке 3 показаны энергетические зависимости демонстрирующие высокую эффективность преобразования в обоих случаях.

В работе продемонстрирована возможность точной подстройки длины волны лазерной системы путем изменения и стабилизации рабочей температуры активной среды лазера и нелинейного кристалла для попадания в оптический переход 32Рзд -> З^ш (1>2 линия) атомов натрия.

В пятой главе рассмотрены перспективные пути создания ВКР лазеров, использующих внутрирезонаторное ВКР преобразование, как в дополнительном нелинейном кристалле, так и при ВКР самопреобразовании излучения в самой активной лазерной среде.

X

О .

ж

(0

| 5

3

. ш . .

о

I

Рисунок 3. Энергетическая зависимость 1-ой Стоксовой компоненты (1178.0 нм) от энергии накачки 1062.1 нм (слева) и зависимости энергии 1-ой (559.5 нм) и 2-ой (589.0 нм) Стоксовых компонент от энергии накачки 531.05 нм (справа).

В разделе 5.1 рассмотрены ВКР лазеры, в которых нелинейный ВКР активный кристалл находится внутри резонатора возбуждающего лазера. В этом случае происходит внутрирезонаторная ВКР генерация. Аналогично многим нелинейным процессам, например генерации второй гармоники, внутрирезонаторное ВКР преобразование позволяет эффективно преобразовывать частоту с увеличением яркости лазерного излучения и эффективности преобразования. Достоинством

20 40 60

Энергия Накачки. мДж

■ ' ' ' ' ' .

1"« Стокс А=558 км ^

/\ '¿Г?* Стоке : / : у* : 1=589 ни • '.../. 1 . . Я . 1 ....

Энертя Накачки, мДж

внутрирезонаторного ВКР преобразования является высокая плотность мощности возбуждающего излучения в лазере за счет того, что вся энергия основного излучения заключена и накапливается внутри резонатора до тех пор, пока плотность мощности не превысит уровень порога ВКР генерации. Многократные проходы накачки и стоксовой волны внутри резоначора увеличивают длину взаимодействия и приводят к заметному снижению порога ВКР. Поскольку основное излучение заключено внутри резонатора, то оно практически полностью преобразуется внутри резонатора в стоксово излучение, что увеличивает эффективность преобразования ВКР лазера в целом. Внутрирезонаторное ВКР позволяет генерировать очень короткие лазерные импульсы, достигать 100%-ной квантовой эффективности, работать в качестве ограничителя внутрирезонаторной мощности, предотвращая оптический пробой внутрирезонаторных оптических элементов.

В работе были исследованы ВКР лазеры на кристаллах Ba(N03)2, KGd(W04)2 и BaWÜ4 с внутрирезонаторным ВКР преобразованием для ближнего ИК и безопасного для глаз спектрального диапазона. Оптимизация днхроичных зеркал, длины нелинейного кристалла и условий фокусировки в ВКР лазере на кристалле Ba(N03)2 позволяет получить генерацию с эффективностью до 70%, 55% и 30% на 1-ой, 2-ой и 3-ей стоксовых компонентах в ближнем ИК спектральном диапазоне 1.2-1.5 мкм. Внутрирезонаторная ВКР генерация в кристалле Ba(N03)2 в лазере на Nd3':HAT с длиной волны генерации 1,3 мкм дает лазерное излучение с длиной волны более 1.5 мкм, которое попадает в безопасный для глаз спектральный диапазон.

Показано, что используя различные схемы ВКР лазеров с линейной или 90-градусной конфигурацией на основе кристалла BaW04 и задающим генератором на Ш3+:ИАГ с накачкой лазерным диодом, можно создать компактный твердотельный ВКР лазер на длине волны 1539 нм с энергией в импульсе от 25 до 350 мкДж, длительностью от 16 до 87 не и с частотой следования импульсов до 500 Гц. Это свидетельствует о перспективности использования таких ВКР лазеров для создания лидаров, работающих в безопасном для глаз спектральном диапазоне.

Высокое оптическое качество, хорошая теплофизика и уникальные ВКР свойства кристалла Ba\V04 позволили создать на его основе компактный полностью твердотельный лазер с высокой выходной средней мощностью, работающий на длине волны 1536 нм. Лазер включает задающий генератор на кристалле Nd:YV04 с накачкой лазерным диодом, акусто-оптический затвор и внутрирезонаторный ВКР преобразователь. Выходная энергия лазера с кристаллом BaW04 длиной 45 мм и частотой следования импульсов 20кГ'ц составила 0.6 Вт с дифференциальным КПД

преобразования излучения лазерного диода в стоксово 44%. Импульсы с энергией 35 мкДж и длительностью 10 не были получены при частоте следования импульсов 15 кГц. Лазер работал в режиме частичной синхронизации мод и генерировал цуги из 2030 пикосекундных импульсов длительностью менее 500 пс.

В_разделе 5.2 определены основные спектроскопические и генерационные

параметры оптических переходов в ионе Ш3+ в кристаллах Ва\У04, 8^04 и 8гМо04, которые свидетельствуют о перспективности использования данных кристаллов для получения лазерной генерации и разработки систем с ВКР самопреобразованием лазерного излучения в самой активной среде. На основе измеренных низкотемпературных спектров поглощения и люминесценции построены энергетические диаграммы уровней иона неодима в кристаллах Ва\УС>4 и ЗгЧУО*, установлено, что данные кристаллы являются многоцентровыми. В кристаллах без компенсирующей избыточный заряд примеси образуются четыре типа оптических центров, а при введении ионов компенсаторов - только три. С помощью теории Джадда Офельта, а также методом лазерной генерации определено сечение перехода 4Рз/2-> 41ип иона неодима в кристалле 8г\>/04:Ш3+, которое составило ст;ш = (7 ± 0,7)-10" 19 см2, что лишь на 20% ниже сечения в кристалле Ш3+:ИАГ.

Экспериментально измеренные при комнатной температуре времена жизни ионов Ш3+ в кристаллах Ва\УС>4, 8г\У04 и 8гМо04 составили 234, 186 и 173 мке, соответственно (таблица 3). Для кристаллов Ва\У04:Ш3+ показано, что в диапазоне концентраций ионов №3+ от 0.05 до 0.15 ат.% отсутствует заметное концентрационное тушение.

На кристаллах Ва\У04:Ш3+, 8г\У04:№3+ и 8тМо04:Ш3+ впервые была получена лазерная генерация на оптическом переходе 4Р3я->41, Хп в режиме свободной генерации и модулированной добротности при ламповой накачке и при возбуждении импульсным лазером на кристалле александрита В лазере на кристалле Бг^УС^-.Ш3* достигнут дифференциальный КПД преобразования, равный 46% при возбуждении александритовым лазером.

Впервые получена генерация в ВКР лазерах на кристаллах Ва'№04:№3+, и 8гМо04:№ + с ВКР самопреобразованием лазерного излучения в самой активной лазерной среде с пассивной модуляцией добротности кристаллом с Рз" ЦО. Длительность импульсов стоксова излучения составила единицы не, что позволило получить лазерное излучение с пиковой мощностью свыше 600 кВт в новых спектральных областях. В ВКР лазерах наблюдалось улучшение пространственного качества выходного стоксова излучения по сравнению с основным излучением.

Получена генерация в ВКР лазере на кристалле Ва\У04:Ш3+ с пассивным лазерным затвором УАС'.Сг1* и накачкой непрерывным лазерным диодом на длинах волн первой и второй стоксовых компонент.

Таблица 3 Параметры исследованных неодимовых кристаллов вольфраматов.

8ГШ04:Шэ+ Ва\У04:Ш3+

Концентрация ионов №3+ ' 0,5 ат.% 0,1 ат.%

Время жизни уровня 4РзС в Ш3+ 186 мкс 234 мкс

Максимумы полос поглощения на переходе -> + "р7/2 751,8 нм 748,8 нм

Максимумы полос поглощения на переходе -> 2Няа + 805,2 нм 801,5 нм

Максимум полосы люминесценции Рз 1цд 1057 нм 1055 нм

Максимум полосы люминесценции 1|3/2 1330 нм 1329 нм

Создан ВКР лазер на кристалле 8гМо04:Ш3+ с пассивным лазерным затвором на УАО:У3+ при накачке александритовым лазером и получено лазерное излучение в ионах Кс13+ на оптическом переходе 4Рз/г—>41\з,-2 и ВКР самопреобразование излучения в безопасный для глаз спектральный диапазон. Показано, что для создания эффективных ВКР лазеров на основе шеелитовых кристаллов вольфраматов и молибдатов, активированных ионами №3+, основной проблемой является сложность получения кристаллов с высокой концентрацией лазерно-активных ионов. Проведенные исследования показали, что наиболее перспективными кристаллами для ВКР лазеров являются кристаллы 8г\У04 и БгМоО.», активированные ионами Ш34" с примесью компенсирующих заряд ионов №5\

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ РАБОТЫ

В результате проведенных в работе исследований были получены следующие основные результаты:

1. Экспериментально обнаружена и теоретически обоснована взаимосвязь коэффициентов ВКР усиления в кристаллах со спектральными и временными параметрами ВКР активных мод. Разработана методика поиска и создания новых

перспективных ВКР кристаллов с рекордными параметрами. В широком классе исследованных кристаллов экспериментально подтверждена зависимость стационарного коэффициента ВКР усиления от величины пикового сечения комбинационного рассеяния ВКР активной моды. Время дефазировки и величина интегрального сечения расселим ВКР активной моды являются основными параметрами, определяющими коэффициент ВКР усиления в нестационарном случае.

2. С использованием методов спектроскопии КР усиления, пикосекундного антистоксова КР и спонтанной спектроскопии КР выявлено влияние однородного уширения, фазовой релаксации и температуры на величину пикового сечения КР для ВКР активных мод. Установлено, что процессы релаксации высокочастотных колебательных мод в кристаллах с анионными комплексами определяются их взаимодействием с оптическими и решеточными фононами. В кристалле Ва(М03)2 сильная изоляция внутренних колебательных мод, большой энергетический зазор между ними приводит к запрету на 3-х фононный механизм распада ВКР активного А6(у,) колебания на два низкочастотных, обуславливая низкую вероятность релаксации Ае(у0 моды, аномально малое однородное уширение (0.4 см"' при Т=300К) и, как результат, высокое пиковое сечение КР и рекордный стационарный коэффициент ВКР усиления.

В ряду кристаллов кальциевых, стронциевых и бариевых вольфраматов и молибдатов с шеелитовой структурой установлено, что наличие тяжелых катионов Ва2* и большого межионного расстояния в решетке приводят к большому энергетическому зазору между внутренними КР модами в кристаллах Ва\УО„ и ВаМо04, уменьшению вероятности релаксационных процессов в них, узким ВКР активным Ае(у,) модам (шириной 1.6 см'1 и 2.2 см'1) и высокому значению стационарного коэффициента ВКР усиления при комнатной температуре.

3. Впервые, исходя из спектров спонтанного КР, предложен универсальный кристалл Ва\У04 для эффективного ВКР при возбуждении пико-, нано- и субмикросекундными лазерными импульсами. Проведенные экспериментальные исследования продемонстрировали высокий коэффициент ВКР усиления, хорошие теплофизические свойства, технологичность кристалла Ва№04, что подтверждает его перспективность для создания эффективных твердотельных ВКР преобразователей.

4. На основе кристаллов Ва^/04, 8г\У04 и 8гМо04 предложены и реализованы высокоэффективные ВКР преобразователи для зидимого и ближнего ИК спектральных диапазонов.

Предложен и экспериментально реализован твердотельный ВКР преобразователь излучения перестраиваемого лазера на кристалле LiF с центрами окраски, который дает перестраиваемую генерацию в широком спектральном диапазоне в ближней ИК области 840^1600 пм, а после удвоения частоты в видимой области от 420 до 800 нм.

Предложен и экспериментально реализован твердотельный лазер желтою спектрального диапазона для создания искусственной натриевой звезды с целью коррекции адаптивных оптических систем в астрономии, в котором неодимовый лазер накачки выполнен на кристалле Ш3+:ГГГ, а ВКР преобразователь частоты излучения выполнен на ВКР активном кристалле Ba\V04.

Создан компактный твердотельный лазер, работающий на длине волны 1536 нм в безопасном для глаз спектральном диапазоне на кристалле Nd:YVC>4 с накачкой лазерным диодом, акусто-оптическим затвором и внутрирезонаторным ВКР преобразователем на кристалле BaW04 с выходной энергией 0.6 Вт и дифференциальным КПД преобразования излучения диода в стоксово, равным 44%.

5. Предложены и реализованы твердотельные ВКР лазеры на полифункциональных кристаллах, активированных ионами Nd3+, для ближнего ИК спектрального диапазона, работающие с ВКР самопреобразованием лазерного излучения в активной лазерной среде. Впервые получена генерация на длинах волн первой и второй стоксовых компонент в ВКР лазере на кристалле BaW04:Nd3+ с пассивным лазерным затвором YAG:Cr4* и накачкой непрерывным лазерным диодом. Впервые в ВКР лазере на кристалле SrMo04:Nd3+ с пассивным лазерным затвором на YAG:V3+ получено лазерное излучение на оптическом переходе и ВКР

самопреобразование излучения в безопасный для глаз спектральный диапазон.

Публикации автора по теме диссертации

А1. Басиев Т.Т., Войцеховский В.Н., Зверев П.Г., Карпушко Ф.В., Любимов А.В., Миров С.Б., Морозов В.П., Мочалов И.В., Павлкж А.А., Синицын Г.В., Якобсон В.Э. Преобразование перестраиваемого излучения лазера на кристалле LiF с F2" центрами окраски путем вынужденного комбинационного рассеяния в кристаллах Ва(КОз)2 и KGd(W04)2. // Квант, электроника.- 1987,- Т.14, С.2452-2454.

А2. Basiev Т.Т., Vakhidov F.A., Zverev P.G., Karpushko F.V., Mirov S.B. Room-temperature color center laser with solid-state Raman shifter for 0.84-1.6 pm spectral region. //SPIEProc.- 1988.-V.1033.-P.30-32.

A3. Басиев T.T., Зверев П.Г., Карпушко Ф.В., Конюшкин В.А., Кулащик С.М., Миров С.Б., Морозов В.П., Моткин Б.С., Папашвили А.П, Саскевич Н.А., Синицын Г.В., Федоров В.В. Генерационные характеристики перестраиваемого лазера на центрах окраски МАЛСАН-200. // Изв. Акад. Наук СССР, сер. физическая,- 1990.- Т.54,- С. 14501455.

А4. Zverev P.G., Murray J.T., Powell R.C., Reeves R.J., Basiev T.T. Stimulated Raman scattering of picosecond pulses in barium nitrate crystals. // Optics Commun.- 1993.- V.97.-P.59-64.

A5. Zverev P.G., Basiev T.T., Murray J.T., Powell R.C., Reeves R.J. Stimulated Raman scattering of picosecond pulses in Ba(N03)2 crystals.// OSA Proc.- 1993,- V.15.- P.156-160.

A6. Zverev P.G., Basiev T.T., Ermakov I.V., Prokhorov A.M. Stimulated Raman scattering in barium nitrate crystal in the external optical cavity.// SPIE Proc.- 1994,- V.2498.- P.164.

A7. Basiev T.T., Sigachev V.B., Doroshenko M.E., Zverev P.G., Osiko V.V., Prokhorov A.M. Passive Q-switching of 1.3 цт Nd-lasers with Nd2+:SrF2 and V3+:YAG crystalline saturable absorbers and application to Raman shifting to eye-safe region.// SPIE Proc.- 1994.-V.2498.- P.171-178.

A8. Zverev P.G., Basiev T.T. Barium nitrate Raman laser.// Journal de Physique IV,- 1994,-V.4.- P.C4-599.

A9. Зверев П.Г., Басиев T.T. Исследование уширения линии ВКР активного колебания в кристалле нитрата бария с помощью двухфотонной спектроскопии усиления.// Квант. Электрокика.- 1995.-Т.25.-С.1241-1244.

А10. Zverev P.G., Jia W., Liu H., Basiev T.T. Vibrational dynamic of Raman-active mode in barium nitrate crystal.// Optics Letters.- 1995,- V.20.- P .2378-2380.

All. Zverev P.G., Basiev T.T. Barium nitrate Raman laser for near IR spectral region.// OSA Proc.- 1995,-V.24.-P.288.

A12. Zverev P.G., Basiev T.T., Jia W., Liu H. Raman spectroscopic and nonlinear optical properties of barium nitrate crystal.// OSA Proc. TOPS.- 1996.- V.I.- P.554-559.

A13. Zverev P.G., Jia W., Liu H. Frequency shift and vibronic relaxation of Raman modes in barium nitrate molecular ionic crystal.// SPIE Proc.-1997.- V.3090, P.183-188.

A14. Басиев T.T., Зверев П.Г., Папашвили А.Г., Федоров В.В. Временные и спектральные характеристики перестраиваемого лазера на кристалле LiF:F2V/ Квант. Электроника,- 1997.- Т.-24.- С.591-595.

А15. Басиев Т.Т., Зверев П.Г., Папашвили А.Г., Федоров В.В. Квазинепрерывная генерация лазера на кристалле LiF с 1'У центрами окраски.// Квант. Электроника.-1997,- Т.24,- С.779-780.

А16. Basiev Т.Т., Sobol А.А., Zverev P.G., Voron'ko Yu.K., Osiko V.V. Comparative Raman spectroscopy study of crystals for Raman lasers.// OSA Proc.TOPS.- 1998.- V.19.-P.546-549.

AI7. Basiev T.T., Sobol A.A., Zverev P.G., Osiko V.V., Powell R.C. Comparative spontaneous Raman spectroscopy of crystals for Raman lasers.// Applied Optics.- 1999.-V.38.-P.594-598.

A18. Basiev T.T., Sobol A.A, Zverev P.G., Ivleva L.I., Osiko V.V., Powell R.C. Raman spectroscopy of crystals for stimulated Raman scattering.// Optical Materials.- 1999.- V.ll.-P.307-314.

A19. Zverev P.G., Basiev T.T., Osiko V.V., Kulkov A.M., Voitsekhovskii V.N., Yakobson V.E. Physical, chemical and optical properties of barium nitrate Raman crystal.// Optical Materials.- 1999.- V.I I.- P.315-334.

A20. Zverev P.G., Basiev T.T., Prokhorov A.M. Stimulated Raman scattering of laser radiation in Raman crystals.//Optical Materials.- 1999,- V.ll.- P.335-352.

А21. Зверев П.Г., Басиев Т.Т., Соболь А.А., Скорняков В.В., Ивлева Л.И., Полозков Н.М., Осико В.В. Вынужденное комбинационное рассеяние в кристаллах щелочноземельных вольфраматов.// Квант. Электроника,- 2000.- Т.30.- №1,- с.55-59.

А22. Basiev Т.Т., Sobol А.А., Voron'ko Yu.K., Zverev P.G. Spontaneous Raman spectroscopy of tungstate and molybdate crystals for Raman lasers.// Optical Materials.-2000,- V.15.- P.205-216.

A23. Cerny P., Zverev P.G., Jelinkova H., Basiev T.T. Efficient Raman shifting of picosecond pulses using BaW04 crystal.// Optics Commun.- 2000,- V.177.- P.397-404.

A24. Zverev P.G., Basiev T.T., Doroshenko M.E., Osiko V.V. Barium tungstate Raman laser - a new coherent source for sodium star experiments.// OSA Proc. TOPS.- 2000,- V.34.-P.34S-354.

A25. Basiev T.T., Zverev P.G., Doroshenko M.E., Ivleva L.I., Voronina I.S., Kudryashova V.A., Osiko V.V. Spectral and Luminescence Characteristics of Nd3+ ions in Ba\V04 crystal.// OSA Proc. TOPS.- 2001.- V.56.- P.279-280.

A26. Cerny P., Jelinkova H., Basiev T.T. Zverev P.G. Properties of Transient and Steady-State Stimulated Raman scattering in KGd(W04)2 and BaW04 Tungstate Crystals.// SPIE Proc.- 2001.- V.426S.- P. 101-108.

A27. Басиев T.T., Соболь A.A., Зверев П.Г., Ивлева Л.И., Осико В.В., «Лазерный материал для вынужденного комбинационного рассеяния света», Патент РФ 2П8938 С1 (заявка №2000110182/28 от 25.04.2000) опубл. 27.01.2002, Бюл.№3. А28. Басиев Т.Т., Дорошенко М.Е., Зверев П.Г., Прохоров A.M., «Твердотельный лазер желтого спектрального диапазона», Патент РФ 2178939 С1 (заявка №2000110183/28 от 25.04.2000) опубл. 27.01.2002, Бюл.№3.

А29. Cerny P., Jelinkova Н., Basiev Т.Т., Zverev P.G. Highly efficient picosecond Raman generators based on the BaW04 crystal in the near infrared, visible, and ultraviolet.// IEEE J. Quant. Electron.- 2002,- V.38.- №11.- P.1471-1478.

A30. Cerny P., Jelinkova H., Miyagi M., Basiev T.T., Zverev P.G. Efficient picosecond Raman laser on BaW04 and KGd(\V04)2 tungstate crystals emitting in 1.15 to 1.18 цт spectral region.// SPIE Proc.- 2002.- V.4630, P.108-118.

A31. Zverev P.G., Basiev T.T., Ivieva L.I., Osiko V.V., Polozkov N.M., Voronina I.S. Raman laser on strontium tungstate crystal.// OSA Proc. TOPS.- 2002,- V. 68,- P.70-73.

A32. Cerny P., Jelinkova H., Sulc J., Basiev T.T., Doroschenko M.E., Zverev P.G., Komyakova A.V., Skomjakov V.V., Kravtsov S.B., Ivleva L.I. Picosecond stimulated Raman scattering in new crystals Nd:SrW04 and SrMo04.// SPIE Proc.- 2003,- V.4968.- P.178-184.

A33. Ivleva L.I., Basiev T.T., Voronina I.S., Zverev P.G.', Osiko V.V., Polozkov N.M. SrW04:"Nd3+ - new material for multifunctional lasers.// Optical Materials.- 2003.- V.23.-P.439-442.

A34. Voronina I.S., Ivleva L.I., Basiev T.T., Zverev P.G., Polozkov N.M. Active Raman media: SrW04:Nd3+, BaW04:Nd3+ growth and characterization.// J. Optoelectronics and Advanced Materials.-2003.-V.5.-N4,-P.887-892.

A35. Cerny P., Jelinkova H„ Sulc J., Doroschenko M., Zverev P., Komyakova A., Skomjakov V., Basiev Т., Comparative Study of Picosecond Stimulated Raman Scattering in New Crystals Nd:SrW04 and SrMo04.// SPIE Proc.- 2003,- V.4968.- P.178-184. A36. Зверев П.Г., Карасик А.Я., Басиев T.T., Ивлева Л.И., Осико В.В. Вынужденное комбинационное рассеяние пикосекундных импульсов в кристаллах SrMo04 и Ca3(V04)2.// Квант. Электроника,- 2003.- Т.ЗЗ,- С.ЗЗ 1 -334.

А37. Cerny P., Jelinkova H., Zverev P.G., Basiev T.T. Solid state lasers with Raman ■ frequency conversion.//Progress in Quantum Electronics.- 2004,- V.28.- N2.- P.l 13-143.

A38_ Басиев T.T., Зверев П.Г., Карасик А.Я., Чунаев Д.С. Вынужденное комбинационное рассеяние в кристаллах в условиях фазомодулированной пикосекундной накачки,- 2004,- Квант. Электроника,- Т.34,- №10,- С.924-926.

А39. Басиев Т.Т., Зверев П.Г., Карасик А.Я., Осико В.В., Соболь А.А., Чунаев Д.С. Пикосекундное вынужденное комбинационное рассеяние в кристаллах// ЖЭТФ-2004.-Т. 126,-№5,-С. 1073-1082.

А40. Zverev P.G. Vibronic relaxation of Raman modes in CaMo04 and PbMo04 molecular ionic crystals.//Phys. stat. sol. (c).- 2004,- V.l.-Nll.- P.3101-3105.

A4I. Zverev P.G., Nekhoroshikh A.V., Alimov O.K., Skornyakov V.V., Basiev T.T., Cerny P., Jelinkova H. Spectroscopic and laser investigation of Nd^:SrW04 Raman crystal'// SPIE Proc.- 2004,- V.5582.- P.88-97.

A42. Sulk J., Jelinkova H„ Cerny P., Doroshenko M.E., Skornyakov V.V., Kravtsov S.B, Basiev T.T., Zverev P.G. Coherently pumped passively Q-switched/mode-locked Nd'SrWOi Raman laser,// OS A Proc. TOPS.- 2004,- V.94.- P.308-313.

A43. Jelinkova H„ Sulc J., Doroshenko M.E., Skornyakov V.V., Kravtsov S В Basiev T T Zverev P.G. Nd:SrW04 Raman laser.// SP1E Proc.- 2004,- V.5460.- P.99-109.

A44. Jelinkova H„ Sulc J., Basiev T.T., Zverev P.G., Kravtsov S.B. Stimulated Raman scattering m Nd:SrW04.// Laser Physics Letters.- 2005,- V.2.- P.4-11.

A45. Lisinetskii V.A., Rozhok S.V., Bus'ko D.N., Chulkov R.V., Grabtchikov A.S., Orlovich V.A., Basiev T.T., Zverev P.G. Measurements of Raman gain coefficient for barium tungstate crystal.// Laser Physics Letters.- 2005,- V.2, P.396-400.

A46. Sulc J„ Jelinkova H„ Basiev T.T., Doroshenko M.E., Ivleva L.I., Osiko V.V., Zverev P.G. Lasing properties of newNd3+ -doped tungstate, molybdate, and fluoride materials under selective optical pumping.// SPIE Proc.- 2006,- V.6100.- P.61000Z.

J" Jdmkova H" Basiev TT" Doroschenko M.E., Ivleva L.I., Osiko V.V., Zverev P.G. Nd:SrW04 and Nd:BaW04 Raman lasers.// Optical materials.- 2007,- V.30.- P. 195-197.

A48. Vodchits A.I., Orlovich V.A., Apanasevich P.A., Basiev T.T., Zverev P.G. Nonlinear optical properties of BaW04 ciystal.//Optical Materials.- 2007.- V.29.- P.1616-1619.

A49. Zverev P.G. The influence of temperature on Raman modes in YV04 and GdV04 crystals.//J. of Physics: Conf. Ser.- 2007,- V.92.- P.012073.

A50. Зверев П.Г. Исследование влияния температуры на параметры ВКР лазера на кристалле KGd(W04)2.// Сб. тр. «Лазерная физика и оптические технологии» - 2008 -Т.З.- С.340-343.

А51. Sulc J., Jelinkova Н„ Nejezchleb К., Skoda V., Basiev Т.Т., Doroshenko M.E., Ivleva L I Osiko V.V., Zverev P.G. Pulsed self-Raman laser operation in Nd:SrMo04 at 1.57 um.// SPIE Proc.- 2008,- V.6875.- P.6875IE.

A52. Suda J„ Zverev P.G. Investigation of phonon band gap, heat capacity and Raman active phonons in BaW04 crystal.//AIP Proc.- 2010,- V.1267.- P.l 150-1151.

^«•Zverev P.G. The influence of temperature on Ag(v,) Raman mode in NaBrO, crystal.//

AIP Proc.-2010.-V.1267.-P.l 125-1126.

A54. Goel P., Mittal R„ Gupta M.K., Rao M.N., Chaplot S.L., Rols S„ Tyagi A.K., Zverev P Inelastic neutron scattering and theoretical studies on strontium tungstate SrW04.// Chinese J ofPhys.- 2011,- V.49.-N1.-P.308-316.

Список цитированной литературы

1. W. Kaiser and М. Maier, Stimulated Rayleigh, Brillouin and Raman spectroscopy, in laser Handbook, ch.E2, vol. 11 (Eds. Arecchi F.T. and Shultz-Dubois E.O.) (Amsterdam: North-Holland, 1077-1150 (1972).

2. R. L. Carman, F. Shimizu, C. S. Wang, and N. Bloembergen, „Theory of Stokes pulse shapes in transient stimulated Raman scattering," Phys. Rev., A2,60-72 (1972).

3. Y. Wang, „Theory of stimulated Raman scattering," Phys. Rev., 182,482-494 (1969).

4. R. Righini, L. Angeloni, E. Castellucci, P. Foggi, S. Califano, and D. A. Dows, Croat. Chem. Acta, 61,495(1988).

5. P. J. Delfyett, R. Dorsinville, and R. R. Alfano, "Multiphonon dephasing of the 1086 cm"1 mode in calcite," Phys. Rev. B, 39, 3845-3853 (1989).

6. L. Angeloni, R. Righini, E. Castellucci, P. Foggi, and S. Califano, '"Temperature-dependent decay of vibrational excitons in K2SO4 crystal measured by picosecond time-resolved CARS," J. Phys. Chem. 92, 983-988 (1988).

7. L. Angeloni, R. Righini, "Anomalous temperature dependence of the vibrational exciton lifetime in NaN03 crystal," Chem. Phys. Lett. 154, 115-120 (1989).

8. S. Califano and V. Schettino, "Vibrational relaxation in molecular crystals," Int. Rev. Phys. Chem. 7, 19 (1988).

9. S. S. Mitra, in "Optical properties of solids," ed. S. Mudeiman and S. S. Mitra, New-York: Plenum, p.333 (1969).

10. J. Kalus, "Temperature dependence of phonon-frequencics and line widths for weakly anharmonic molecular crystals," J. Chimie Physique, 82, 137-152 (1985).

11. A. Laubereau, W. Kaiser, Vibrational dynamics of liquids and solids investigated by picosecond light pulses, Rev. Mod. Phys. 50,607-665 (1978).

12. W. Happer, G. J. MacDonald, С. E. Max, and F. J. Dyson, "Atmospheric-turbulence compensation by resonant optical backscattering from sodium layer in the upper atmospere" J. Opt. Soc. Am. A 11,263-276 (1994).

Подписано в печать 22.12.2011 г. Формат 60x84/16. Усл.печ.л.2,0. Тираж 100 экз. Заказ 656.

Отпечатано в МГУ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ВЫНУЖДЕННОЕ КОМБИНАЦИОННОЕ РАССЕЯНИЕ В

КРИСТАЛЛАХ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

1.1. Явление вынужденного комбинационного рассеяния света

1.2. Вынужденное комбинационное рассеяние света в твердых телах

1.3. Основные типы твердотельных ВКР преобразователей и ВКР лазеров

Глава 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПОИСКА КРИСТАЛЛОВ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ДЛЯ ВКР

2.1 Спектры спонтанного комбинационного рассеяния ВКР активных мод в кристаллах

2.2 Измерение коэффициентов ВКР усиления в кристаллах с использованием наносекундных импульсов 41 2.2.1. Исследование зависимости коэффициента ВКР усиления в кристалле Ва\\Ю от длины волны методом ВКР усиления при наносекундном возбуждении

2.3. Измерение коэффициентов ВКР усиления в кристаллах при возбуждении пикосекундными лазерными импульсами

2.4. Выводы к главе

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ФОНОН-ФОНОННОГО И ФОНОН-РЕШЕТОЧНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В ВКР АКТИВНЫХ КРИСТАЛЛАХ. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ПАРАМЕТРЫ ВКР АКТИВНЫХ МОД

3.1. Особенности спектров спонтанного комбинационного рассеяния кристаллов с анионными комплексами

3.2. Исследование температурного уширения комбинационных мод и установление преимущественных каналов релаксации их возбуждения в кристаллах нитратов

3.3. Спектроскопия спонтанного комбинационного рассеяния кристаллов вольфраматов и молибдатов с шеелитовой структурой

3.3.1 Исследование температурного уширения и сдвига частоты КР мод в кристаллах вольфраматов и молибдатов

3.3.2 Релаксация ВКР активной Аё(У]) моды в кристалле Ва\\Ю

3.4. Влияние температуры на параметры ВКР активных мод в кристаллах.

Анализ температурной стабильности твердотельных ВКР преобразователей

3.5. Выводы к главе

Глава 4. ВКР ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НА ОСНОВЕ НОВЫХ КРИСТАЛЛОВ

4.1. ВКР преобразователи лазерного излучения наносекундной длительности

4.1.1. Одно и многопроходовые схемы ВКР преобразователей

4.1.2. ВКР преобразователь с дополнительным резонатором

4.1.2.1. ВКР преобразование излучения Ш:УАО лазера в кристалле Ва(ИОз) с дополнительным резонатором

4.1.2.2. Исследование ВКР преобразования излучения неодимового лазера в кристалле Ва'\\Ю4 с дополнительным резонатором

4.1.3. Исследование работы ВКР усилителя на кристалле Ва(ЫОз)

4.2. Рассеяние пикосекундных импульсов в ВКР кристаллах

4.2.1. Рассеяние пикосекундных импульсов при ВКР в кристалле Ва(1МОз)

4.2.2. Исследование ВКР преобразования пикосекундных лазерных импульсов в кристаллах вольфраматов

4.3. ВКР генерация квазинепрерывного излучения в кристалле Ва^7^

4.3.1. Особенности спектра спонтанного комбинационного рассеяния кристалла Ва\\Ю

4.3.2. ВКР генерация квазинепрерывного излучения накачки в кристалле

Ва\\Ю4 в первую Стоксову компоненту

4.3.3. Особенности генерации второй Стоксовой компоненты в ВКР лазере на кристалле Ва\\Ю

4.4. Искусственная натриевая звезда для адаптивной астрономии на основе лазера и ВКР преобразователя на кристалле Ва\\Ю

4.4.1. Использование ВКР преобразования для создания источника возбуждения искусственной натриевой звезды

4.4.2. Лазер накачки на кристалле ГГГ:Ш

4.4.3. Генерация лазерной системы на ГГГ:Кс13+ и Ва\\Ю4 с удвоением частоты на длине волны 589.0 нм

4.5. Выводы к главе

Глава 5. ВКР ЛАЗЕРЫ НА ОСНОВЕ НОВЫХ КРИСТАЛЛОВ

5.1. Внутрирезонаторное ВКР преобразования излучения неодимовых лазеров в новых нелинейных кристаллах в ближнем ИК спектральном диапазоне

5.1.1. ВКР лазер на кристалле Ва(1МОз)2С накачкой излучением Ш3+:УАО лазера (1064 мкм)

5.1.2. ВКР лазер на кристалле Ва(ЫОз)2 с накачкой излучением 1.3 мкм Ш3+:УАО лазера с пассивной модуляцией добротности У3+:УАО и фототропными затворами

5.1.3. ВКР лазер на кристалле Ва\¥С>4 с накачкой Ш:УАО лазером, работающий в безопасном для глаз спектральном диапазоне

5.1.4. Лазер на Ш:УУС>4 с внутрирезонаторным ВКР в кристалле Ва\\Ю с высокой средней мощностью на длине волны 1536 нм

5.2. Спектрально-люминесцентные и генерационные исследования ВКР активных кристаллов, активированных ионами неодима 254 5.2.1. Спектрально люминесцентные и генерационные свойства кристаллов Бг^/Од, активированных ионами

Ш3+ . Создание ВКР лазера на их основе.

5.2.2 Спектрально-люминесцентные свойства ионов Ыс13+ в кристаллах Ва\\Ю4. Исследование лазерной генерации в кристалле Ва\У04:Ыс13+ и создание ВКР лазера на его основе.

5.2.3 Спектроскопические свойства кристаллов 8гМо04:Нс13+ и исследование ВКР лазера на кристалле БгМоС^Нс!3, работающего в ближнем ИК спектральном диапазоне.

5.3. Выводы к главе

Актуальность работы. Развитие современной лазерной физики, широкое использование лазерных систем для решения научных и практических задач требует разработки и создания полностью твердотельных компактных, высокоэффективных источников лазерного излучения, работающих в новых спектральных диапазонах. Для многих применений необходимы спектрально позиционированные источники лазерного излучения, работающие на конкретных длинах волн. Для медицинских, лидарных и специальных применений требуются лазеры, работающие на длинах в безопасном для глаз спектральном диапазоне. Поэтому создание источников когерентного лазерного излучения на новых длинах волн, в новых спектральных диапазонах является актуальной задачей современной лазерной физики, как с научной, так и с практической точки зрения.

В настоящее время существуют несколько путей создания полностью твердотельных лазерных систем в новых спектральных областях:

• Поиск новых активных лазерных сред; получение генерации на новых частотах с использованием уже известных лазерных материалов; использование новых матриц, активированных традиционными лазерно-активными примесными ионами.

• Использование нелинейного преобразования частоты лазерного излучения уже имеющихся, доступных лазерных источников, включая параметрическое преобразование света, генерацию кратных, суммарных и разностных частот.

• Вынужденное комбинационное рассеяние (ВКР) излучения уже имеющихся, хорошо разработанных лазерных систем.

Поиском новых активных лазерных материалов занимаются многие десятки научных коллективов во всем мире. Хорошая лазерная среда должна обладать не только соответствующими спектральными свойствами, позволяющими создать инверсию населенности и получить лазерную генерацию, но и хорошими физико-техническими и оптическими характеристиками, быть технологичной, дешевой в изготовлении и эксплуатации, надежной и эффективной. К настоящему времени создано лишь считанное количество твердотельных сред, в основном кристаллы и стекла, активированные примесями редкоземельных и переходных металлов, на которых работает большинство промышленно выпускаемых лазерных систем на определенных длинах волн.

Преобразование длины волны излучения путем параметрической генерации, удвоения и утроения частот, генерации суммарных и разностных частот позволяет использовать уже имеющиеся, хорошо разработанные источники лазерного излучения. Однако, в данном случае основной проблемой является поддержание условий фазового синхронизма для эффективного преобразования частоты. При этом уход условий синхронизма может происходить как за счет механических возмущений системы, так и за счет изменения температуры нелинейного элемента при тепловом нагреве излучением или при изменении условий окружающей среды.

Сдвиг частоты в процессе ВКР определяется внутренней структурой среды. Рассеяние в стоксовы компоненты не требует выполнения условий фазового синхронизма. Кроме того, за счет нелинейной природы взаимодействия возбуждающего и рассеянного излучения, ВКР позволяет улучшать пространственное и угловое распределение излучения в лазерных системах.

Исследование ВКР активных кристаллов и создание на их основе ВКР преобразователей является актуальной задачей как с точки зрения расширения фундаментальных представлений о динамике кристаллической решетки, так и с точки зрения создания спектрально позиционированных источников лазерного излучения на новых длинах волн.

Целью диссертационной работы являлось исследование процесса ВКР генерации в кристаллах, разработка методики поиска высокоэффективных ВКР активных сред, исследование процессов релаксации возбуждения фононов в ВКР активных кристаллах и разработка ВКР преобразователей и ВКР лазеров для получения лазерного излучения в новых спектральных диапазонах.

В рамках этого основного направления решаются следующие основные задачи:

1. Исследование спектральных и временных параметров ВКР активных мод в кристаллах методами спектроскопии спонтанного комбинационного рассеяния (КР), ВКР усиления и когерентного антистоксова рассеяния света (КАРС), измерение интегрального и пикового сечений КР, зависимостей спектральной ширины и частоты, времени релаксации от температуры.

2. Создание методики поиска высокоэффективных ВКР активных кристаллов по спектрам спонтанного КР. Исследование зависимости стационарного и нестационарного коэффициента ВКР усиления от спектральных параметров ВКР активных мод. Анализ взаимосвязи параметров ВКР активных мод, химического состава кристалла, его кристаллической структуры.

3. Установление механизмов релаксации возбуждения ВКР активных мод в кристаллах с анионными комплексами.

4. Получение и исследование ВКР в кристаллах вольфраматов и молибдатов с шеелитовой структурой при возбуждении нано, пико и субмикросекундными лазерными импульсами. Измерение коэффициентов ВКР усиления в них.

5. Создание ВКР преобразователей, использующих одно- и много проходные схемы или дополнительный резонатор, с возбуждением пико-, нано- и субмикросекундными лазерными импульсами.

6. Получение лазерного излучения в безопасном для глаз спектральном диапазоне путем ВКР преобразования излучения стандартных неодимовых лазеров.

7. Разработка источника лазерного излучения на основе лазера и ВКР преобразователя на кристалле Ва\\Ю4 для создания искусственной натриевой звезды для адаптивной астрономии.

8. Создание высокоэффективного лазера высокой средней мощности с внутрирезонаторным ВКР преобразователем на кристалле Ва\\Ю4 для безопасного для глаз спектрального диапазона.

9. Исследование спектрально люминесцентных характеристик ионов Ш3+ в кристаллах Ва\\Ю4, 8г\УС>4 и БгМо04. Получение генерации в ВКР лазере на кристаллах БаХУС^Ис!'^, 8г\\Ю4:Ис1 и ЗгМоС^Ис! с ВКР самопреобразованием лазерного излучения в самой активной лазерной среде.

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

Разработана методика поиска высокоэффективных ВКР активных материалов, исходя из спектров спонтанного КР кристалла, его химического состава и кристаллической структуры. Показано, что величины пикового и интегрального сечений КР ВКР активной моды определяют перспективность нелинейной среды для стационарного и нестационарного ВКР преобразования.

При помощи разработанной методики предложены новые ВКР активные кристаллы Ва\¥С>4, 8^04 и 8гМоС>4. Впервые получено эффективное ВКР преобразование на этих кристаллах при возбуждении пико-, нано- и субмикросекундными лазерными импульсами.

Установлено, что в кристаллах Ва(ЫОз)2 и РЬ(ИОз)2 из-за большого энергетического зазора между внутренними КР модами и решеточными колебаниями отсутствуют трехфононные механизмы релаксации для ВКР активной моды. Релаксация ВКР активной Аё(У[) моды при низкой температуре описывается четырехфононным процессом распада на три низкоэнергетичных фонона, который имеет меньшую вероятность, чем трехфононный, что приводит к меньшей вероятности этого процесса и обуславливает высокий коэффициент ВКР усиления в этих кристаллах.

Установлена зависимость спектральной ширины ВКР активной моды от особенностей кристаллической решетки и типа катиона в ряду кристаллов вольфраматов и молибдатов с шеелитовой структурой. Тяжелый катион с большим ионным радиусом и большое межионное расстояние в решетке приводят к низкой вероятности релаксационных процессов в кристаллах Ва\\Ю4 и ВаМоС>4 и высокому коэффициенту ВКР усиления в них.

Впервые предложена методика измерения порога ВКР генерации и коэффициента ВКР усиления за один лазерный импульс при использовании цуга пикосекундных импульсов с плавно изменяемой амплитудой.

Впервые путем ВКР преобразования излучения стандартных неодимовых лазеров, работающих на длинах волн в области 1,06 и 1,3 мкм, получено лазерное излучение в безопасном для глаз спектральном диапазоне.

Впервые предложен и продемонстрирован источник лазерного излучения на основе

3+ задающего генератора на кристалле N<1 :ГГГ и ВКР преобразователя на кристалле Ва\\Ю4 для создания искусственной натриевой звезды для целей адаптивной астрономии.

Разработан компактный ВКР лазер с выходной мощностью 0,6 Вт, работающий на длине волны 1536 нм, состоящий из задающего генератора на кристалле Ш:УУ04 и внутрирезонаторного ВКР преобразователя на кристалле Ва\\Ю4.

Впервые получена генерация в ВКР лазерах на кристаллах Ва\\Ю4:Ыс13+, 8^04 ^с!^ и БгМоС^Нс!34" при накачке излучением александритового лазера и газоразрядной лампы с ВКР самопреобразованием лазерного излучения в самой активной лазерной среде с пассивной модуляцией добротности кристаллом 1лР с Бг" ЦО.

Впервые в ВКР лазере на кристалле 8гМо04:Мс13+ с пассивным лазерным затвором на УАО:У3+ при накачке излучением александритового лазера получено лазерная генерация на переходе 4Рз/2—>411з/2 и ВКР самопреобразование излучения в безопасный для глаз спектральный диапазон.

Научная и практическая значимость работы:

Установленные закономерности зависимости коэффициента ВКР усиления от КР параметров ВКР активных мод позволили упростить методику поиска эффективных ВКР кристаллов. Данные спектроскопии спонтанного КР дают информацию о величине стационарного и нестационарного коэффициента ВКР усиления и указывают на оптимальные условия использования конкретного кристалла для ВКР. Разработанная методика измерения порога ВКР генерации и коэффициента ВКР усиления за один лазерный импульс при использовании цуга пикосекундных импульсов с плавно изменяемой амплитудой, существенно сокращает продолжительность проведения лазерных экспериментов и повышает их точность.

На основе новых ВКР активных кристаллов Ва\\Ю4, 8г\¥С>4 и БгМоС^ предложены высокоэффективные ВКР преобразователи и ВКР лазеры, дающие пико-, нано- и субмикросекундные лазерные импульсы, которые могут быть использованы в лазерных системах, работающих в видимом и ближнем ИК спектральных диапазонах. Созданный типоряд ВКР лазеров на кристаллах Ва^МО^Ш3"", 8г\У04:Ш3+ и 8гМо04:Ш3+ с ВКР самопреобразованием лазерного излучения в самой активной лазерной среде позволяет создать современные компактные полностью твердотельные источники лазерного излучения на новых длинах волн, в том числе в безопасном для глаз спектральном диапазоне.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Методика поиска новых высокоэффективных ВКР активных материалов, исходя из анализа спектра спонтанного КР.

2. Высокий коэффициент стационарного ВКР усиления в кристаллах Ва(ЫОз)2 и РЬ(Ж)3)2, узкие спектральные ширины ВКР активных мод обусловлены отсутствием трехфононных процессов релаксации в кристалле вследствие больших энергетических зазоров между внутренними КР модами и решеточными колебаниями.

3. Большие масса и радиус катиона Ва2+, большое межионное расстояние в кристаллах Ва\У04 и ВаМоС>4 обуславливают узкие ВКР активные Аё (V]) моды в этих кристаллах и высокий стационарный коэффициент ВКР усиления.

4. Кристалл Ва\\Ю4, обладающий высоким пиковым и интегральным сечениями КР, позволяет получать эффективное ВКР преобразование пико-, нано- и субмикросекундных импульсов лазерного излучения в видимой и ближней ИК спектральных областях.

5. Твердотельный лазер желтого спектрального диапазона, на основе неодимового лазера накачки на кристалле Мс13+:ГГГ, ВКР преобразователя частоты излучения на кристалле Ва¥/С>4 и удвоителя частоты, позволяет осуществить резонансное возбуждение переходов 3281/2 —> 32Р3/2, 32Р,/2 атомов натрия.

6. Компактный ВКР лазер на кристалле Ыс1:УУ04 с накачкой лазерным диодом, акустооптическим затвором и внутрирезонаторным ВКР преобразователем на кристалле Ва\¥С>4 дает излучение на длине волны 1536 нм с выходной мощностью 0,6 Вт и дифференциальным КПД преобразования излучения лазерного диода в стоксовое 44%.

7. Впервые получена лазерная генерация в кристаллах ВаМЮ^Ыс!3*, З^С^Ыс!"5* и 8гМо04:Нс13+ на оптическом переходе 4Рз/2—>41ц/2 в режимах свободной генерации и модулированной добротности при возбуждении импульсным лазером на кристалле александрита. В лазере на кристалле 8г\\Ю4:Ис13+ достигнут дифференциальный КПД преобразования, равный 46%, при возбуждении излучением александритового лазера.

8. ВКР лазер на кристалле SrMoO^Nd3"1" с пассивным лазерным затвором на YAG:V3+ при накачке излучением александритового лазера дает лазерное излучение в безопасном для глаз спектральном диапазоне за счет генерации ионов Nd3+ на оптическом переходе 4f3/2—>4ii3/2 и ВКР самопреобразования.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на научных семинарах Института общей физики им. A.M. Прохорова РАН (Москва, Россия), физического факультета университета провинции Шандонг (Цзинань, Китай), факультета естественных наук университета Пуэрто Рико в Майягуэзе, (Пуэрто Рико, США), физического факультета университета штата Нью Мексика (Альбукерке, США).

Материалы диссертации обсуждались на международных конференциях: Advanced Solid State Lasers, ASSL-2002 (Квебек, Канада), Advanced Solid State Photonics, ASSP-2004 (Санта Фе, США), International Conference on Material Sciences and Solid State Physics, MSCMP-2004, MSCMP-2006 (Кишинев, Молдова), International Conference on Nonlinear Optics, ICONO/LAT 2005 (Санкт Петербург), International Conference «Photonics Prague-2002» (Прага, Чехия), Международная конференция «Лазерная физика и применения лазеров-2003» (Минск, Беларусь), «Оптика лазеров 2003 и 2006» (Санкт Петербург), International conference Photonics West, LASE 2006 (Сан Хосе, США), Conference on Lasers and Electro Optics, CLEO/Europe-2001 и CLEO/Europe-2007 (Мюнхен, Германия), International Conference on Advanced Optoelectronics and Lasers, CAOL-2003 (Алушта, Украина), CAOL-2005 (Ялта, Украина), CAOL-2008 (Алушта, Украина), International Conference on Photoacoustic and Photothermal Phenomena, ICPPP-2009 (Левен, Бельгия), International School-Seminar "Spectroscopy of molecules and crystals", ISSSMC-2009 (Береговое, Украина), International Conference on Phonons, Phonon-2007 (Париж, Франция), Phonon-2010 (Тайпей, Тайвань), Международная конференция «Лазерная физика и оптические технологии», ЛФиОТ-2008 (Минск, Беларусь), International Conference on Raman spectroscopy, ICORS-2010 (Бостон, США). Результаты работы докладывались на Национальной конференции по росту кристаллов, НКРК-2002, 2010 (Москва), Всероссийских конференциях «Нано-, микро-, оптоэлектроники и волоконной оптики: физические свойства и применение», ВМНШ-2007, 2008, 2009, 2011 (Саранск).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 54 работы (выделены жирным шрифтом в списке литературы), из которых: 27 работ опубликованы в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных ВАК, [22-24, 28, 41, 60, 62, 63, 66, 69-71, 86, 89, 90, 111, 118, 123, 127, 135, 150, 151, 190, 191, 194, 197, 217]; получено 2 патента [64,

151]; 25 работ опубликованы в материалах всесоюзных, всероссийских и международных конференций [52, 90, 110, 113, 116, 117, 119, 124, 126, 128-131, 145, 150, 176, 192, 193, 195197,215,216,219, 221].

Диссертационная работа выполнена в лаборатории лазерной спектроскопии твердого тела отдела лазерных материалов и фотоники Научного центра лазерных материалов и технологий Института общей физики им. A.M. Прохорова РАН. Работа выполнялась в рамках проектов РФФИ № 98-02-16523-а, № 02-0281003-Бел2002-а, № 03-02-17309-а, № 06-02-16339-а, руководителем которых являлся автор, а также при частичной финансовой поддержке Минобрнауки РФ (гос. контракт № 16.513.12.3019), проектов МНТЦ №2022, СПП РАН.

Личный вклад автора.

Содержание диссертации и основные положения, выносимые на защиту, правильно отражают личный вклад автора. Все основные результаты работы получены автором лично, либо при его непосредственном участии. Часть экспериментальных исследований по ВКР пикосекундных импульсов выполнена совместно с м.н.с. Чунаевым Д.С. Часть работ по измерению спектров спонтанного КР кристаллов была выполнена совместно с в.н.с. Соболем А.А. Основные работы выполнены в соавторстве с сотрудниками Института общей физики РАН, а также в творческом содружестве с зарубежными коллегами, которые принимали участие и оказывали помощь в проведении отдельных исследований. Во всех случаях использования результатов других исследований в диссертации приведены ссылки на источники информации.

Объем и содержание работы. Объем диссертации составляет 328 страницы, включая 211 рисунков, 51 таблицу и список литературы из 223 наименований. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, заключения и списка цитированной литературы. Каждая глава заканчивается выводами.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В результате проведенных в работе исследований были получены следующие основные результаты:

1. Экспериментально обнаружена и теоретически обоснована взаимосвязь коэффициентов ВКР усиления в кристаллах со спектральными и временными параметрами ВКР активных мод. Разработана методика поиска и создания новых перспективных ВКР кристаллов с рекордными параметрами. В широком классе исследованных кристаллов экспериментально подтверждена зависимость стационарного коэффициента ВКР усиления от величины пикового сечения комбинационного рассеяния ВКР активной моды. Время дефазировки и величина интегрального сечения рассеяния ВКР активной моды являются основными параметрами, определяющими коэффициент ВКР усиления в нестационарном случае.

2. С использованием методов спектроскопии двухфотонного КР усиления, пикосекундного анти-Стоксова КР и спонтанной спектроскопии КР выявлено влияние однородного уширения, фазовой релаксации и температуры на величину пикового сечения КР для ВКР-активных мод. Установлено, что процессы релаксации высокочастотных колебательных мод в кристаллах с анионными комплексами определяются их взаимодействием с оптическими и решеточными фононами. В кристалле Ва(ЫОз)2 сильная изоляция внутренних колебательных мод, большой энергетический зазор между ними приводит к запрету на 3-х фононный механизм распада ВКР активного Аё(У1) колебания на два низкочастотных, обуславливая низкую вероятность релаксации Аё(У1) моды, аномально малое однородное уширение (0.4 см"1 при Т=300К), высокое пиковое сечение КР и рекордный стационарный коэффициент ВКР усиления.

В ряду кристаллов кальциевых, стронциевых и бариевых вольфраматов и молибдатов с шеелитовой структурой установлено, что совмещение тяжелого катиона Ва2+ и большого межионного расстояния в решетке приводят к большому энергетическому зазору между внутренними КР модами в кристаллах Ва\УС>4 и ВаМоС>4, уменьшению вероятности релаксационных процессов в них, узким ВКР-активным Аё(У]) модам (1.6 см"1 и 2.2 см"1) и высокому значению стационарного коэффициента ВКР-усиления при комнатной температуре.

3. Впервые, исходя из спектров спонтанного КР, предложен универсальный кристалл Ва\\Ю4 для эффективного ВКР при возбуждении пико-, нано- и субмикросекундными лазерными импульсами. Проведенные экспериментальные исследования продемонстрировали высокий коэффициент ВКР-усиления, хорошие теплофизические свойства, технологичность кристалла, что подтверждает перспективность кристалла Ва\¥С>4 для создания эффективных твердотельных ВКР преобразователей.

4. На основе кристаллов Ва\У04, 8^04 и 8гМоС>4 предложены и реализованы высокоэффективные ВКР преобразователи для видимого и ближнего ИК спектральных диапазонов.

Предложен и экспериментально реализован твердотельный ВКР преобразователь излучения перестраиваемого лазера на кристалле ЫБ с центрами окраски, который дает перестраиваемую генерацию в широком спектральном диапазоне в ближней ИК области 84(Н1600 нм, а после удвоения частоты в видимой области от 420 до 800 нм.

Предложен и экспериментально реализован твердотельный лазер желтого спектрального диапазона для создания искусственной натриевой звезды с целью коррекции адаптивных оптических систем в астрономии, в котором неодимовый лазер накачки выполнен на кристалле Ис13+:ГТТ, а ВКР преобразователь частоты излучения выполнен на ВКР-активном кристалле Ва\\Ю4.

Создан компактный твердотельный лазер, работающий на длине волны 1536 нм в безопасном для глаз спектральном диапазоне на кристалле Ш:УУ04 с накачкой лазерным диодом, акусто-оптическим затвором и внутрирезонаторным ВКР преобразователем на кристалле Ва\\Ю4 с выходной энергией до 0.6 Вт и дифференциальным КПД преобразования излучения диода в стоксово равным 44%.

5. Предложены и реализованы твердотельные ВКР лазеры на полифункциональных кристаллах, активированных ионами Ис13+, для ближнего ИК спектрального диапазона, работающие с ВКР самопреобразованием лазерного излучения в активной лазерной среде. Впервые получена генерация на длинах волн первой и второй стоксовых компонент в ВКР лазере на кристалле Ва\\Ю4:Мс1 с пассивным лазерным затвором и накачкой непрерывным лазерным диодом. Впервые в ВКР лазере на кристалле ЗгМоС^Ш34" с пассивным лазерным затвором на УАО:У3+ получено лазерное излучение на оптическом переходе 4Рз/2—И113/2 и ВКР самопреобразование излучения в безопасный для глаз спектральный диапазон.

Заключение

В заключение автор благодарит научного консультанта работы члена корреспондента РАН Т.Т. Басиева за внимание и поддержку работы. Автор признателен директору НЦЛМТ ИОФ РАН академику РАН В.В. Осико за всестороннюю поддержку работы. Автор искренне признателен д.т.н. Л.И. Ивлевой и сотрудникам ее лаборатории И.С. Ворониной, П.А. Лыкову за предоставление экспериментальных образцов новых ВКР кристаллов, к.ф.м.н. A.A., Соболю за проведение исследований спектров спонтанного комбинационного рассеяния кристаллов, д.ф.м.н. А.Я. Карасику и Д.С. Чунаеву за помощь в проведении исследований ВКР при возбуждении пикосекундными лазерными импульсами, проф. В. Геллерману из университета штата Юта, США за помощь в проведении исследований спектров спонтанного комбинационного рассеяния кристаллов при криогенных температурах, проф. В.А. Орловичу, к.ф.м.н. A.C. Грабчикову и их сотрудникам из ИФ HAH РБ за помощь в измерении нелинейных характеристик кристаллов BaWC>4, проф. Х.У. Жанг и д-ра X. Лю из университета Шандонг, Китай за помощь в проведении лазерных экспериментов. Автор благодарит к.ф.м.н. O.K. Алимова, к.ф.м.н. М.Е. Дорошенко, к.ф.м.н. С.Б. Кравцова, к.т.н. В.А. Конюшкина, д.ф.м.н. Ю.В. Орловского, А.Г. Папашвили, A.B. Нехороших, В.В. Скорнякова, д.т.н. Е.Е. Ломонову, к.т.н. М.А. Борика, всех сотрудников НЦЛМТ ИОФ РАН за плодотворные дискуссии, помощь и поддержку в работе.

1. Г. С. Лансберг, Л. И. Мандельштам, «Новое явление рассеяния света», Журнал Русского Физико-химического общества, 60, 335 (1928).

2. С. V. Raman, К. S. Krishnan "A new type of secondary emission", Nature, 121 (3048), 501 (1928), С. V. Raman, Indian Journal Phys., 2, 387 (1928).

3. G. Placzek, Handbuck der Radiologie VI. Akademische Verlagsgesellschaft, Leipzig, 11, 205 (1934), Г. Плачек, "Релеевское рассеяние и Раман-эффект", Пер. с нем. Харьков-Киев: Гостехиздат Украины, 173 с. (1935).

4. Е. J. Woodbury, W. К. Ng, Ruby Laser Operation in the Near IR, Proc. IRE, 50, 2367 (1962).

5. E. J. Woodbury, G. M. Eckhardt, US Patent №3 371, 265 (27 Febr.1963).

6. R. W. Hellwarth, Theory of stimulated Raman scattering, Phys. Rev. 130, 1850-1852 (1963).

7. E. Garmire, E. Pandarese, С. H. Townes, Coherently driven molecular vibrations and light modulation, Phys. Rev. Lett. 11, 160-163 (1963).

8. N. Bloembergen, Y. R. Shen, Coupling between vibrations and light waves in Raman laser media, Phys. Rev. Lett., 12, 504-507 (1964); Phys. Rev., 137, A1786 (1965).

9. H. Бломберген. Нелинейная оптика: Пер. с англ. М.: Мир, 424 с. (1966); УФН 97, 26 307 (1969).

10. С. А. Ахманов, Р. В. Хохлов. Проблемы нелинейной оптики, Изд. АН СССР, (1964).

11. С. А. Ахманов, Н. И. Коротеев. Методы нелинейной оптики в спектроскопии рассеяния света. М.: Наука, 544 с. (1981)

12. В. Н. Луговой. Введение в теорию вынужденного комбинационного рассеяния, М.: Наука, 230 с. (1968).

13. П. А. Апанасевич "Вынужденное комбинационное рассеяние", Весщ Акадэмп навук беларуской ССР, сер. фiз.-мaт. навук, №4, 89 (1965).

14. В. А. Зубов, M. М. Сущинский, И. К. Шувалов, "Исследование порога возбуждения вынужденного комбинационного рассеяния", ЖЭТФ, 47, 784 (1964); "Исследование вынужденного комбинационного рассеяния в смесях", ЖЭТФ 48, 378 (1965).

15. M. М. Сущинский "Вынужденное комбинационное рассеяние света". М.: Наука, 1985. 173 с.

16. В. А. Зубов, M. М. Сущинский, И. К. Шувалов, Стимулированное комбинационное рассеяние света, УФН 83, с. 197-222 (1964).

17. G. Erckhart, Selection of Raman laser materials, IEEE J. Quant. Electronics QE-2, 1, 1 (1966).

18. R. Loudon, The Raman effect in crystals, Advan. Phys. 13, 423-482 (1964).

19. W. Kaiser and M. Maier, Stimulated Rayleigh, Brillouin and Raman spectroscopy, in Laser Handbook, ch.E2, vol. 11 (Eds. Arecchi F.T. and Shultz-Dubois E.O.) (Amsterdam: North-Holland, 1077-1150 (1972).

20. A.3. Грасюк, "Комбинационные лазеры", Квант, электроника, 1, 485 (1974).

21. Ю. Е. Дьяков, С. Ю. Никитин, О взаимодействии и конкуренции прямого и обратного рассеяний при ВКР // Квантовая электроника, т. 9, с. 1259 (1982).

22. Т. Т. Basiev, A. A Sobol, P. G. Zverev, L. I. Ivleva, V. V. Osiko, and R. С. Powell. «Raman spectroscopy of crystals for stimulated Raman scattering», Optical Materials, 11 (1999) 307-314

23. P. G. Zverev, Т. T. Basiev, V. V. Osiko, A. M. Kulkov, V. N. Voitsekhovskii, and V. E. Yakobson. «Physical, chemical and optical properties of barium nitrate Raman crystal», Optical Materials, 11 (1999) 315-334.

24. P. G. Zverev, Т. T. Basiev, and A. M. Prokhorov. «Stimulated Raman scattering of laser radiation in Raman crystals», Optical Materials, 11 (1999) 335-352.

25. T.T. Basiev, R.C. Powell "Solid state Raman lasers", in Handbook of Laser Technology and Applications, C.E. Webb and J.D.C. Jones (eds.), Taylor & Francis Group, CRC Press, chapter B1.7, 469-497 (2003).

26. Басиев T.T., Осико В.В. «Новые материалы для ВКР лазеров», Успехи химии, 75 (10) 939-955 (2006).

27. Т.Т. Basiev, V.V. Osiko, A.M. Prokhorov, E.M. Dianov, "Crystalline and fiber Raman lasers" in Solid-State Mid-Infrared Laser Sources, I. T. Sorokina, K. L. Vodopyanov (eds) Topics Appl. Phys. 89, 351-396, 2003.v

28. Cerny P., Jelinkova H., Zverev P., Basiev Т., Solid state lasers with Raman frequency conversion, Progress in Quantum Electronics, Volume 28, Issue 2, p.113-143, Elsevier Ltd., (2004).

29. G. Eckhardt, D. P. Bortfeld, M. Geller, Stimulated emission of Stokes and anti-Stokes. Raman lines from diamond, calcite and a-sulphur single crystals, Appl. Phys. Lett., 3, 137-138 (1963).

30. G. Bisson, and G. Mayer, „Effects Raman stimule's dans la calcite," Cr.Acad.Sci.(Paris), 265,397(1967).

31. M. Sparks. Stimulated Raman and Brillouin scettering: parametric instability, explanation of anomalies, Phys. Rev. Lett. 32, 450-453, 1974.

32. С. H. Карпухин, А. И. Степанов, "Внутрирезонаторное ВКР преобразование в кристаллах Ва(ТЧОз)2, NaN03 и СаСОз", Квантовая электроника, 13, 1572 (1986).

33. R. Chiao, В. P. Stoicheff, Angular dependence of stimulated Raman radiation in calcite, Phys. Rev. Lett. 1964, v. 12, 290-293.

34. Б. M. Атаев, В. H. Луговой, "Об угловом распределении ВКР компонент в кальците", Краткие сообщения по физике, 700 (1969).

35. К. McQuillan. Angular distribution of stimulated Raman radiation in diamond. Bull. Amer. Phys. Soc. 12(17) (1967) 60.

36. Г. П. Джотян, E. Ю. Дьяков, И. Г. Зубарев, А. Б. Миронов, С. И. Михайлов, Квант, электр., Влияние ширины спектра и статистики стоксова сигнала на эффективность ВКР немонохроматической накачки 4, 1377-1380 (1977).

37. Е. О. Ammann, С. D. Decker, "0.9-W Raman oscillator", Journal of Appl. Phys., 48, 1973 (1977).

38. Ф. С. Еременко, С. H. Карпухин, А. И. Степанов, "ВКР второй гармоники неодимового лазера в кристаллах нитратов", Квантовая электроника, 7, 196 (1980).

39. А. М. Иванюк, М. А. Тер-Погосян, П. А. Шавердов, В. Д. Беляев, В. Л. Ермолаев, Н. П. Тихонова, "Пикосекундные световые импульсы при внутрирезонаторном ВКР в активном элементе неодимового лазера", Оптика и спектроскопия, 59 950 (1985).

40. К. Андрюнас, Ю. К. Вищакас, В. Кабелка, И. В. Мочалов, А. А. Павлюк, «ВКР самопреобразование излучения лазера в кристаллах вольфраматов», Письма в ЖЭТФ, 42, 410 (1985).

41. Т. Т. Basiev, A. A. Sobol, P. G. Zverev, V. V. Osiko, and R. С. Powell, «Comparative spontaneous Raman spectroscopy of crystals for Raman lasers», Applied Optics, 38, 594 (1999).

42. R. H. Stolen, E. P. Ippen, and A. R. Tynes, "Raman oscillator in glass optical waveguide", Appl. Phys. Lett., 20, 62 (1972).

43. G. P. Agraval, Nonlinear Fiber Optics, Academic Press, San Diego (1995).

44. Т. Т. Басиев, E. M. Дианов, Э. А. Захидов, Карасик А.Я., Миров С.Б., Прохоров A.M. "Селективная нелинейная спектроскопия неоднородно уширенных фононных резонансов в неоднородных средах", Письма в ЖЭТФ, т.37, 192-195 (1983).

45. W. R. Trutna and R. L. Byer, "Multiple-pass Raman gain cell", Applied Optics, 19, 301 (1980).

46. Е.М. Дианов, И.А.Буфетов, И.М.Машинский, В.Б.Неуструев, О.И.Медведков, А.В.Шубин, М.А.Мелькунов, А.Н.Гурьянов, В.Ф.Хопин, М.В.Яшков, Волоконные ВКР-лазеры с длиной волны генерации более 2 мкм, Квантовая Электроника, 2004, Том 34, № 8, с. 695-697.

47. Е.М. Дианов, И.А.Буфетов, Простая аналитическая модель непрерывного многокаскадного ВКР-лазера на волоконном световоде, Квантовая Электроника, 2000, Том 30, № 10, с. 873-877.

48. R. Т. V. Kung. "Multiple pass stimulated Raman conversion with pump depletion", IEEE J. of Quantum Electronics", QE-17, 509 (1981).

49. R. W. Minck, E. E. Hagenlocker, W. G. Rado. "Stimulated pure rotational Raman scattering in deuterium." Phys.Rev.Lett., 17, 229 (1966).

50. P. G. Zverev and Т. T. Basiev, "Barium nitrate Raman laser", J. de Physique IV, coI.C4, 4, (1994) C4-599;

51. J. T. Murray, R. C. Powell, N. Peyghambarian, et al. "Generation of 1.5цт radiation through intracavity solid-state Raman shifting in Ва(.МОз)2 nonlinear crystals", Opt. Lett., 20, 1017 (1995).

52. E. O. Ammann. "High average power Raman oscillator employing a shared resonator configuration." Appl. Phys. Lett., 32, 52 (1978).

53. H. Ф. Евланова, А. С. Ковалев, В. А. Копцик и др. "Индуцированное излучение кристаллов LiNb03 с примесью неодима", Письма в ЖЭТФ, 5, 351 (1967).

54. JL И. Ивлева, А. А. Каминский, Ю. С. Кузьминов, В. Н. Шпаков, "Поглощение, люминесценция, и индуцированное излучение кристаллов LiNb03-Nd3+", Докл. АН СССР, 183, 1068 (1968).

55. А. А. Каминский, С. Е. Саркисов, А. А. Павлюк, В. В. Любченко, "Анизотропия люминесцентных свойств лазерных кристаллов KGd(W04)2 и KY(W04)2 с ионами Nd3+", Неорганические материалы, 16, 720 (1980).

56. R. L. Carman, F. Shimizu, С. S. Wang, andN. Bloembergen, „Theory of Stokes pulse shapes in transient stimulated Raman scattering," Phys. Rev., A2, 60-72 (1970).

57. Y. Wang, „Theory of stimulated Raman scattering," Phys. Rev., 182, 482-494 (1969).

58. Т. Т. Basiev, A. A. Sobol, Yu. К. Voronko, P. G. Zverev, "Spontaneous Raman spectroscopy of tungstate and molybdate crystals for Raman lasers" Optical Materials, 15, 205-216 (2000).

59. Т. T. Basiev, A. A. Sobol, P. G. Zverev, Yu. K. Voron'ko, V. V. Osiko. «Comparative Raman spectroscopy study of crystals for Raman lasers», OSA TOPS, vol. 19, 546-549 (1998).

60. П. Г. Зверев, Т. Т. Басиев, А. А. Соболь, В. В. Скорняков, Л. И. Ивлева, Н. М. Полозков, В. В. Осико «Вынужденное комбинационное рассеяние в кристаллах щелочноземельных вольфраматов» Квантовая Электроника 30, №1 стр. 55-59 (2000).

61. Т. Т. Басиев, А. А. Соболь, П. Г. Зверев, Л. И. Ивлева, В. В. Осико, «Лазерный материал для вынужденного комбинационного рассеяния света», Патент РФ 2178938 С1 (заявка №2000110182/28 от 25.04.2000) опубл. 27.01.2002, Бюл.№3.

62. V. A. Lisinetskii, S. V. Rozhok, D. N. Bus'ko, R. V. Chulkov, A. S. Grabtchikov, V. A. Orlovich, Т. T. Basiev, P. G. Zverev, "Measurements of Raman gain coefficient for barium tungstate crystal", Laser Physics Letters, 2 (8), pp. 396-400 (2005).

63. W.K.Bischel, M.J. Dyer Wavelength dependence of the absolute Raman gain coefficient for the Q (1) transition in H2, J. Opt. Soc. Am. B, v.3, p.677-682 (1986).

64. J.K.Brasseur, K.S.Repasky, J.L.Carlstein, Continuous-wave Raman laser in H2, Optics Letters v.23, 367-369 (1998).

65. П. Г. Зверев, А. Я. Карасик, Т. Т. Басиев, Л. И. Ивлева, В. В. Осико, «Вынужденное комбинационное рассеяние пикосекундных импульсов в кристаллах SrMo04 и Саз(У04)г», Квантовая электроника, 33, 331-334 (2003).

66. Т.Т. Басиев, П.Г. Зверев, А.Я. Карасик, Д.С. Чунаев, "Вынужденное комбинационное рассеяние в кристаллах в условиях фазомодулированной пикосекундной накачки", Квантовая электроника, 2004, 34 (10), 924-926.

67. Басиев Т.Т., П.Г. Зверев, А.Я. Карасик, В.В. Осико, А.А. Соболь, Д.С. Чунаев Пикосекундное вынужденное комбинационное рассеяние в кристаллах ЖЭТФ 126, №5, стр. 1073-1082 (2004).

68. Т. Т. Basiev, N. A. Es'kov, V. V. Osiko, A. A. Sobol, М. Helbig, S. N. Ushakov, A. Ya Karasik, Disordered garnets Ca3(Nb,Ga)sOi2:Nd3+ —prospective crystals for powerful ultrashortpulse generation, Optics Letters, 17, 201-203 (1992).

69. И. В. Мочалов, Нелинейная оптика лазерного кристалла калий гадолиниевого вольфрамата, активированного неодимом KGd(W04)2:Nd3+. Оптический журнал, №11, 4 (1995).

70. S. P. S. Porto and J. F. Scott, "Raman spectra of CaW04, CaMo04, SrW04 and SrMo04", Phys. Rev. 157 (1967) 716-719.

71. J. F. Scott , "Lattice perturbations in CaW04 and CaMo04", J. Chem. Phys., v.48, (1968) 874-876.

72. J. F. Scott, "Dipoler-dipole interactions in tungstates", J. Chem. Phys. v.49, (1968) 98-100.

73. R. K. Khanna, W. S. Brower, B. R. Guscott and E. R. Lippinatt, J. Res. Nat. Boreau of Stand.72A (1968) 81-84.

74. H. Kanamori, S. Hayashi and Y. Ikeda, "External lattice vibration modes in scheelites", J. Phys. Soc. Japan 36 (1964) 511-516.

75. R. Righini, L. Angeloni, E. Castellucci, P. Foggi, S. Califano, and D. A. Dows, Croat. Chem. Acta, 61,495 (1988).

76. P. J. Delfyett, R. Dorsinville, and R. R. Alfano, "Multiphonon dephasing of the 1086 cm"1 mode in calcite," Phys. Rev. B, 39, 3845-3853 (1989).

77. L. Angeloni, R. Righini, E. Castellucci, P. Foggi, and S. Califano, "Temperature-dependent decay of vibrational excitons in K2S04 crystal measured by picosecond time-resolved CARS," J. Phys. Chem. 92, 983-988 (1988).

78. L. Angeloni, R. Righini, "Anomalous temperature dependence of the vibrational exciton lifetime inNaN03 crystal," Chem. Phys. Lett. 154, 115-120 (1989).

79. S. Califano and V. Schettino, "Vibrational relaxation in molecular crystals," Int. Rev. Phys. Chem. 7, 19(1988).

80. S. S. Mitra, in "Optical properties of solids," ed. S. Mudelman and S. S. Mitra, New York: Plenum, p.333 (1969).

81. J. Kalus, "Temperature dependence of phonon-frequencies and linewidths for weakly anharmonic molecular crystals," J. Chimie Physique, 82, 137-152 (1985).

82. П. Г. Зверев, Т. Т. Басиев, "Исследование уширения линии ВКР-активиого колебания в кристалле нитрата бария с помощью двухфотонной спектроскопии усиления," Квантовая электроника, 25,1241-1244 (1995).

83. P. G. Zverev "The influence of temperature on Raman modes in lead nitrate crystaP', Proceedings of 15th International Conference on Photoacoustic and Photothermal Phenomena, Leuven, Belgium, 19-23 July 2009, p.277 (2009).

84. P. G. Zverev, W. Jia, H. Liu, T. T. Basiev, "Vibrational dynamic of Raman-active mode in barium nitrate crystal", Optics Letters, 20, 2378-2380 (1995).

85. L. Couture and J. P. Mathieu, The Raman Effect in Cubic Crystals, Ann. Phys. (N.Y.) 3, 521 (1948).

86. С. C. Addison and A. Walker, Anhydrous Nitrates of the Group II Metals, J. Chem. Soc. 1220(1963).

87. M. H. Brooker, D. E. Irish, and G. E. Bond, "Ionic interactions in crystals: infrared and Raman spectra of powdered Ca(N03)2 , Sr(N03)2 , Ba(N03)2 and Pb(N03)2 ," J. Chem. Phys., 53, 1083 (1970).

88. A. M. Bon, C. Benoit, and O. Bernard, "Dynamical properties of crystals of Sr(N03)2, Ba(N03)2 and Pb(N03)2. I. Infrared spectra and structure", Phys. Stat. Sol. (b), v. 78, 67-78 (1976).

89. A. M. Bon, C. Benoit, and O. Bernard, "Dynamical properties of crystals of Sr(N03)2, Ba(N03)2 and Pb(N03)2. II. Temperature dependence of the infrared spectra," Phys. Stat. Sol. (b), v.78, 453-464 (1976).

90. R. A. Santos, T. Tang, W. J. Chien, S. Kwan, and G. S. Harbison, "NMR Resolution of a Crystallographic Controversy: 14N Single Crystal Studies of Barium, Lead and Silver Nitrate" J. Chem. Phys., v.94, 2717-2721 (1990).

91. P. G. Zverev and Т. T. Basiev, "Barium nitrate Raman laser for near IR spectral region," OSA Proceedings on Advanced Solid-State Lasers, Bruce H. T. Chai and Stephen A. Payne, eds. (Optical Society of America, Washington, DC ), 24, 288 (1995).

92. С. А. Ахманов, Ю. Е. Дьяков, Л. И. Павлов. Статистические явления при возбуждении вынужденного комбинационного рассеяния накачкой с широким спектром. ЖЭТФ, 66, 520-536(1974).

93. A. Laubereau, W. Kaiser, Vibrational dynamics of liquids and solids investigated by picosecond light pulses, Rev. Mod. Phys. 50, 607-665 (1978).

94. Л. И. Белевцева, В. H. Войцеховский, Н. А. Назарова, Г. И. Романова, М. В. Шведова, В. Э. Якобсон. "Основные свойства оптических кристаллов нитрата бария". Оптико-Механическая промышленность, 56, No. 4, 38 (1989).

95. H.Poulet and J.P.Mathieu, «Spectres de vibration et symmetric des cristaux», Publisher «Gordon and Breach», Paris,(1970).103. «Фазовые диаграммы систем тугоплавких оксидов», № II, часть 4, ред. Ф.Д.Балашов, Ленинград, Наука (1988).

96. А. Н. Лазарев, А. П. Миргородский, И. С. Игнатьев, «Колебательные спектры сложных оксидов», Издательство «Наука», Ленинград (1975).

97. Ю. К. Воронько, А. Б. Кудрявцев, В. В. Осико, А. А. Соболь, в сборнике «Рост кристаллов» 16 (1988) 199-217, (ред. X. С. Багдасаров).

98. R. Т. Sanderson, Chemical bonds and bond energy, Academic Press, 1976.

99. A. S. Barker, Jr., Phys. Rev. "Infrared lattice vibrations in calcium tungstate and calcium molybdate", v. 135 (1964) A742.

100. A. A. Maradudin and R. G. Wallis, "Lattice anharmonicity and optical absorption in Polar crystals. Classical treatment in linear approximation", Phys. Rev. v.123, (1961) 777-789.

101. Petr G. Zverev "Investigation of Raman mode relaxation in tungstate and molybdate sheelite crystals", Book of abstracts, Phonons-2007, Paris, July 15-20, 2007, p.134.

102. J. Suda and P.G. Zverev, "Investigation of phonon band gap, heat capacity and Raman active phonons in BaW04 crystal." AIP Proceedings vol. 1267, p. 1150-1151 (2010).

103. P. G. Zverev, "Vibronic relaxation of Raman modes in CaMo04 and PbMo04 molecular ionic crystals", Phys. stat. sol. (c) 1, No.ll, 3101-3105 (2004).

104. Petr G. Zverev, Werner Gellerman, "The influence of ambient temperature on Raman laser parameters", in Proceedings of 2nd International Conference on Advanced

105. Optoelectronics and Lasers (CAOL-2005'), 12-17 September 2005, Yalta, Ukraine, vol.2, 2831 (2005).

106. P. G. Zverev "The influence of temperature on Raman modes in YV04 and GdV04 crystals", Journal of Physics: Conference Series, vol. 92, 012073 (2007).

107. P. G. Zverev "Prediction of temperature dependent KGd(W04)2 crystalline Raman laser performance" in Proceedings of 4th International Conference on Advanced Optoelectronics and Lasers (CAOL-2008), Alushta, Ukraine, 425-427 (2008).

108. Petr G. Zverev, "The influence of temperature on Ag(vi) Raman mode in NaBK>3 crystal", AIP Proceedings vol. 1267 p. 1125-1126 (2010).

109. Т. T. Basiev, F. A. Vakhidov, P. G. Zverev, F. V. Karpushko, S. B. Mirov, "Room-temperature color center laser with solid-state Raman shifter for 0.84-1.6 jj.m spectral region", Proceedings SPIE, vol. 1033, p.30-32 (1988).v

110. П.Г. Зверев, T.T. Басиев, «Компактный ВКР лазер на кристалле нитрата бария», Материалы Всесоюзной конференции «Оптика лазеров», Ленинград, т.2, с.363 (1993).

111. Т. Т. Basiev, P. G. Zverev, А. М. Prokhorov, "Stimulated Raman scattering in barium nitrate crystal in the external optical cavity" CLEO/Europe'94, Tech. Digest, 94TH0614-8, (1994) 154.

112. D. C. Hanna, D. J. Pointer, D. J. Pratt, IEEE J. Quantum Electron. QE-22, (1986) 332.

113. P. G. Zverev, J. T. Murray, R. C. Powell, R. J. Reeves, Т. T. Basiev, "Stimulated Raman scattering of picosecond pulses in barium nitrate crystals", Optics Commun., 97, 59-64 (1993).

114. P. G. Zverev, Т. T. Basiev, J. T. Murray, R. C. Powell, R. J. Reeves, "Stimulated Raman scattering of picosecond pulses in Ва(1ЧОз)2 crystals", OSA Proceedings on

115. Advanced Solid-State Lasers, Albert A. Pinto and Tso Yee Fan, eds (Optical Society of America, Washington, DC 1993) 15, pp. 156-160.

116. M. Sheik-Bahae, A.A.Said, T.H.Wei, D.J.Hagan, and E.V.Van Stryland, IEEE Journal of Quantum Electron., vol.QE-26, 760 (1990).

117. P. Cerny, P. G. Zverev, H. Jelinkova, Т. T. Basiev, «Efficient Raman shifting of picosecond pulses using BaW04 crystal», Optics Commun., 177, 397-404 (2000).

118. P.Cerny, H.Jelinkova, M.Miyagi, T.T.Basiev, P.G.Zverev, Efficient picosecond Raman laser on BaW04 and KGd(W04)2 tungstate crystals emitting in 1.15 to 1.18 (J.m spectral region, in: Proceedings of SPIE, Vol.4630, p.108-118, 2002.

119. Cerny P., Jelinkova H., Sulc J., Doroschenko M., Zverev P., Komyakova A., Skornjakov V., Basiev Т., Comparative Study of Picosecond Stimulated Raman Scattering in New Crystals Nd:SrW04 and SrMo04, In: Proceedings of SPIE Vol.4968, p.178-184, 2003.

120. К. Андрюнас, Ю. К. Вищакас, В. Кабелка, И. В. Мочалов, А. А. Павлюк, Г. Т. Петровский, В. Сырус, «ВКР-самопреобразование при пикосекундной генерации в кристаллах KY(W04)2:Nd3+», Письма в ЖЭТФ 42, (1985) 333.

121. К. Андрюнас, А. Барила, Ю. К. Вищакас, И. В. Мочалов, Г. Т. Петровский, В. Сырус, «Временные характеристики пикосекундных импульсов при ВКР-самопреобразовании лазерного излучения», Оптика и спектроскопия 64, (1988) 397.

122. A. I. Vodchits, V. A. Orlovich, P. A. Apanasevich, Т. Т. Basiev, P. G. Zverev, "Nonlinear optical properties of BaW04 crystal", Optical Materials, 29,1616-1619 (2007).

123. M. Sheik-Bahae, D.C. Hutchings, D.J. Hagan, E.W. Van Stryland, "Dispersion of bound electron nonlinear refraction in solids", IEEE J. Quant. Electron. QE-27 (1991) 1296-1309.

124. R.L. Sutherland, Handbook of Nonlinear Optics, Marcel Dekker Inc., New York, 1996.

125. Васильева M.A., Вищакас Ю., Гульбинас В., Кабелка В., Масалов А.В., Сирус В. «Измерение нелинейного показателя преломления в неодимсодержащих лазерных средах», Квантовая электроника, т.12, с.997 (1985).

126. R.W. Boyd, Nonlinear Optics, Academic Press, New York, 1992.

127. R. DeSalvo, A.A. Said, D.J. Hagan, E.W. Van Stryland, infrared to ultraviolet measurements of two-photon absorption and П2 in wide bandgap solids", IEEE J.Quant. Electron. QE-32 (1996) 1324-1333.

128. J. Castillo, V.P. Kozich, A.O. Marcano, "Thermal lensing resulting from one- and two-photon absorption studied with a two-color time-resolved Z-scan" Opt. Lett. 19 (1994) 171-173.

129. V.P. Kozich, F.E. Hernandez, A.O. Marcano, "Pulse-Induced Thermal Lensing in Kerr Media", Appl. Spectrosc. 49 (1995) 1804-1808.

130. A.I. Vodchits, V.P. Kozich, V.A. Orlovich, P.A. Apanasevich, "Z-scan studies of KYW, KYbW, KGW and Ba(N03)2 crystals", Optics Communications, v.263, (2006) 304-308.

131. P. G. Zverev, Т. T. Basiev, A. A. Sobol, I. V. Ermakov, W. Gellerman, "BaW04 crystal for quasi-cw yellow Raman laser", in Advanced Solid-State Lasers, OSA Technical Digest, (Optical Society of America, Washington D. C. 2001) 124-125.

132. R. B. Stewart, R. Т. V. Kung "A kilohertz Repetition Rate 1.9 (im H2 Raman Oscillator", IEEE J. of Quantum Electron., 25, 2142 (1989).

133. E. O. Ammann, „Simultaneous stimulated Raman scattering and optical frequency mixing employing a three-mirror Raman configuration", J. Appl. Phys., v.51, 118-122 (1980).

134. H. M. Pask, J. A. Piper "Efficient all-solid-state yellow laser source producing 1.2-W average power", Optics Lett. 24, 1490 (1999).

135. К. S. Repasky, L. Meng, J. K. Brasseur, J. L. Carlsten, R. C. Swanson, "High-efficiency, continuous-wave Raman lasers, J. Opt.Soc. Am. В 16, 717 (1999).

136. Т. Т. Басиев, M. E. Дорошенко, П. Г. Зверев, А. М. Прохоров, «Твердотельный лазер желтого спектрального диапазона», Патент РФ 2178939 С1 (заявка №2000110183/28 от 25.04.2000) опубл. 27.01.2002, Бюл.№3.

137. R. Q. Fugate, D. L. Fried, G. A. Ameer, В. R. Boeke, S. L. Browne, P. H. Roberts, R. E. Ruane, G. A. Tyler, L. M. Wopat "Measurement of atmospheric wavefront distortion using scattered light from a laser guide-star", Nature 353, 144-146 (1991).

138. C. A. Primmerman, D. V. Murphy, D. A. Page, B. G. Zollars, H. T. Barclay "Compensation of atmospheric optical distortion using a synthetic beacon", Nature 353, 141-143 (1991).

139. W. Happer, G. J. MacDonald, С. E. Max, and F. J. Dyson, "Atmospheric-turbulence compensation by resonant optical backscattering from sodium layer in the upper atmospere" J. Opt. Soc. Am. A 11, 263-276 (1994).

140. D. M. Pennington "Laser technologies for laser guided adaptive optics", in Optics in astrophysics, R. Foy and F. C. Foy (eds), Springer, 207-248 (2006).

141. Laird A. Thompson, Richard M. Castle, "Experimental demonstration of a Rayleigh-scattered laser guide star at 351 nm", Optics Letters, 17, 1485-1487 (1992).

142. R. Foy, M. Tallon, M. Sechaud, N. Hubin, SPIE, 1114, 174 (1989).

143. B. G. Zollars, The Lincoln Laboratory Journal, 5, 67 (1992).

144. Т. H. Jeys, A. A. Brailove, A. Mooradian, Appl. Optics, 30, 1011-1018 (1991).

145. C. D'Orgeville, F. Rigaut, B. Ellerbroek, "LGS AO photon return simulations and laser requirements for the Gemini LGS AO program", Proceedings of SPIE The International Society for Optical Engineers, 4007, 131-141 (2000).

146. G. P. Hogan, С. E. Web, in Adaptive Optics, ESO Conference Proc. 54, 257 (1995).

147. H. P. Friedman, G. V. Erbert, Т. C. Kuklo, J. T. Salmon, D. A. Smauley; G. R. Thompson, J. N. Wong, "Design of a fieldable laser system for a sodium guide star", Proceedings of SPIE -The International Society for Optical Engineers, 2201, 352 (1994).

148. Т. H. Jeys, A. A. Brailove, A Mooradian, "Sum frequency generation of sodium resonance radiation", Appl. Optics, 28, 2588-2591 (1989).

149. S. A. Payne, R. H. Page, C. A. Ebbers, R. J. Beach, "Synthetic guide star generation", US Patent 6,704,331 опубл. 09.03.2004,(2004).

150. Т. T. Basiev, S. B. Mirov, and V. V. Osiko, "Room temperature color center lasers" IEEE J. of Quantum Electronics, 25, 1052-1069 (1988).

151. Т. Т. Басиев, П. Г. Зверев, А. Г. Папашвили, В. В. Федоров, «Временные и спектральные характеристики перестраиваемого лазера на кристалле LiF:F2~», Квантовая электроника, 24, 591-595 (1997).

152. Т. Т. Басиев, П. Г. Зверев, А. Г. Папашвили, В. В. Федоров, «Квазинепрерывная генерация лазера на кристалле LiF с F2" центрами окраски», Квантовая Электроника, 24, 779-780 (1997).

153. J. Т. Murray, W. L. Austin, R. С. Powell, "End-pumped intracavity solid state Raman Lases"in OSA Trends in Optics and Photonics, 19, W. R. Bosenberg and M. M. Fejer, eds. (Optical Society of America, Washington, DC), pp. 129-135 (1998).

154. K. Maeda, N. Wada, M, Umimo, M. Abe, Y. Takada, N. Nakano, H. Kuroda, Jpn. J. Appl. Phys.,23, L759 (1984).

155. В. В. Осико, A. M. Прохоров, В. Б. Сигачев, М. И. Тимошечкин, «Эффективный лазер на кристалле гадолиний-галлиевого граната с хромом и неодимом», Доклады Академии наук СССР, 307, 105-109 (1989).

156. М. Е. Дорошенко, В. В. Осико, В. Б. Сигачев, М. И. Тимошечкин, Эффективный лазер на кристалле гадолиниевого граната активированного неодимом» Квант, электроника, 21, 724-726(1991).

157. P. G. Zverev, Т. T. Basiev, A. M. Prokhorov, "Stimulated Raman scattering in barium nitrate crystal in the external optical cavity", Conference on Lasers and Electro-Optics Europe Technical Digest, pp. 241-242, (1994).

158. J. T. Murray, R. C. Powell, N. Peyghambarian, et al. "Eye-safe solid-state intracavity Raman laser", Proceedings of Advanced Solid-State Lasers Conference, B.H.Chai and S.A.Payne, eds. 24 (1995) 267.

159. В. А. Беренберг, C.H. Карпухин, И.В. Мочалов. "ВКР наносекундных импульсов в кристалле KGd(W04)2. Квантовая электроника, т.14 (1987) 1849.

160. Т. Т. Basiev, S. В. Mirov, S. A. Sychev "Passive laser Q-switches based on MeF2:Nd3+ (Me-Ca, Sr, Ba) crystals", in "Solid state lasers and new laser materials", Proceedings of SPIE. 1839 (1991) 182.

161. K. Scholle, E. Osiac, E. Heumann, G. Huber, Т. T. Basiev, P. G. Zverev, 1.55 fim intracavity Raman laser with pulse lengths up to 90 ns", Europhotonic conference, Lausanne, (2004).

162. П.Г. Зверев, Л.И. Ивлева, Лазер на Nd:YV04 с внутрирезонаторным ВКР в кристалле BaW04 для безопасного для глаз спектрального диапазона, Квантовая электроника, т. 41, (2011).

163. Ran D.G., Xia H.R., Sun S.Q., Ling Z.C., Ge W.W., Zhang H.J. "Thermal conductivity of BaW04 single crystal", Mater. Sci. Eng. B, 130, 206-209 (2006).

164. Wang Z.P., Hu D.W., Fang X., Zhang H.J., Xu X.G., Wang J.Y., Shao Z.S. "Transformation of Sign of Nonlinear Refraction between Mo(W)/S/Cu Planar Metal Clusters", Chin. Phys. Lett., 25, 532-535 (2008).

165. Zong N., Cui Q.J., Ma Q.L., Zhang X.F., Lu Y.F., Li C.M., Cui D.F., Xu Z.Y., Zhang H.J., Wang J.Y. "High average power 1.5 (im eye-safe Raman shifting in BaW04 crystals", Appl. Optics, 48, 7-10 (2009).

166. Krennrich D., Knappe R., Henrich B., Wallenstein R, Huillier J.A., „A comprehensive study of Nd:YAG, Nd:YA103, Nd:YY04 and Nd:YGdV04 lasers operating at wavelengths of 0.9 and 1.3 pm", Appl. Phys. B, v.92, 165-174, (2008).

167. Chen Y.F., Su K.W., Zhang H.J., Wang J.Y., Jiang M.H. Optics Lett., 30, 3335 (2005).

168. L. I. Ivleva, T. T. Basiev, I. S. Voronina, P. G. Zverev, V. V. Osiko, N. M. Polozkov "SrW04:Nd3+ new material for multifunctional lasers", Optical Materials, 23, 439-442 (2003).

169. Voronina I. S., Ivleva L. I., Basiev T. T., Zverev P. G., Polozkov N. M. " Active Raman media: SrW04:Nd3+, BaW04:Nd3+ growth and characterization" // Journal of Optoelectronics and Advanced Materials // 2003.- v.5.- n.4.-pp. 887-892.

170. H. Jelinkova, J. Sulc, T.T. Basiev, P.G. Zverev, S.V. Kravtsov, "Stimulated Raman scattering in Nd:SrW04", Laser Physics Letters, 2 (1), p.4-11 (2005).

171. H. Jelinkova, J. Sulc, M. Doroshenko, V. V. Skornyakov, S. B. Kravtsov, T. T. Basiev, P. G. Zverev, "Nd:SrW04 Raman laser", in Proceedings of SPIE Vol. 5460, pp. 99-109.

172. L. F. Johnson and K. Nassau, "Infrared fluorescence and stimulated emission of Nd+3 in CaW04," Proc. IRE 49, 11, 1704-1705 (1961).

173. L. F. Johnson, G. D. Boyd, K. Nassau, and R. R. Soden, "Continuous operation of a solidstate optical maser," Phys. Rev. 126, 1406-1409 (1962).

174. Я. E. Карисс, A. M. Морозов, П. П. Феофилов, «О люминесценции ионов Nd3+ в кристалле CaWC>4», Оптика и спектроскопия, 17, 887 (1964).

175. L.F. Johnson, «CaW04:Nd3+ laser characteristics», Quantum electronics, Proceedings of the Third International Congress, Paris, 2, New York, 1021 (1964).

176. A. M. Морозов, M. H. Толстой, П. П. Феофилов, Люминесценция неодима в кристаллах типа шеелита. Оптика и спектроскопия, т. 22, 258-265 (1967).

177. Г. В. Максимова, А. А. Соболь, «Исследование оптических центров Nd3+ в кристаллах CaW04», Неорганические материалы, 6, 307 (1970).

178. В. К. Трунов, В. А. Ефремов, Ю. А. Великодный, Кристаллохимия и свойства двойных молибдатов и вольфраматов, Л.: Наука, (1986).

179. J. F. Scott, "Lattice Perturbation in CaW04 and CaMo04", J. Chem. Phys. 48, 874-876 (1968).

180. Денисов Ю.В., Кизель В.А. "Миграция энергии в боратных стеклах, активированных европием, и относительное расположение уровней энергии", Оптика и спектроскопия, т.23, 472-474 (1967).

181. Judd В. R. «Optical absorption intensities of rare-earth ions", Phys. Rev., 127, 750-761 (1962).

182. G. S. Ofelt "Intensities of crystal spectra of rare-earth ions", J. Chem. Phys., 37, 511-520 (1962).

183. G. Jia, C. Tu, A. Brenier, Z. You, J. Li, Z. Zhu, Y. Wang, B. Wu, "Thermal and optical properties of Nd3+:SrW04 : a potential candidate for eye-safe 1.517 цт Raman lasers", Appl. Phys. В 81, 627-632 (2005).

184. W. Koechner. Solid-State Laser Engineering, Sixth Revised and Updated Edition. Springer Science+Business Media, Inc., 2006. p. 104.

185. Лазеры на алюмоиттриевом гранате с неодимом / Г.М. Зверев, Ю.Д. Голяев, Е.А. Шалаев, А.А. Шокин, М.:Радио и связь, 1985, с.25.

186. J. С. Walling, Н. P. Jenssen, R. С. Morris, Е. W. O'Dell, 0. G. Peterson, "Broad band tuning of solid state alexandrite lasers," J. Opt. Soc. Am. 69, 373 (1979).

187. S. Guch, C.E. Jones, Alexandrite-laser performance at high temperature, Optics Lett., vol.7, 608-610 (1982).

188. J. Sulc, H. Jelinkova, T.T. Basiev, M.E. Doroschenko, L.I. Ivleva, V.V. Osiko, P.G. Zverev, "Nd:SrW04 and Nd:BaW04 Raman lasers", Optical materials, 30 (2007) 195-197.

189. A. A. Demidovich, V. N. Burakevich, A. S. Grabtchikov, V. A. Lisinetskii, V. A. Orlovich, Т. T. Basiev, P. G. Zverev, " BaW04:Nd Raman laser with diode pumping", in Proceedings of ICONO/LAT 2005 Conference, St. Petersburg, LThK24 (2005).

190. Воронина И.С. Выращивание и исследование монокристаллов молибдатов и вольфраматов кальция, стронция и бария для ВКР лазеров. Диссертация на соиск. уч. степ. Канд. Техн. Наук, М. 2005, стр. 79.

191. Jan Sulc, Helena Jelinkova, Tasoltan Т. Basiev, Maxim E. Doroshenko, Lyudmila I. Ivleva, Vjatcheslav V. Osiko, Peter G. Zverev, "Eye-safe Nd:SrMo04 Raman laser", Proceedings of CLEO/Europe-2007 conference, Munich, June 17-22, 2007 p.CA-30.

192. Гренишин А.С., Киселев В.М., Крутова Л.И. и др. Тезисы докладов Международной конференции «Оптика лазеров-93» (С.Петербург, 1993 с.248).61000Z.