к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Лазеры на центрах окраски

Лазеры на центрах окраски (ЛЦО) - лазеры ,в к-рых активной средой служат ионные кристаллы с центрами окраски. Под воздействием ионизирующих излучений (2546-3.jpg-лучей, электронов высокой энергии, рентг. лучей, нейтронов) либо при нагреве в парах щелочных или щелочноземельных металлов в оптически прозрачных, бесцветных кристаллах возникают вакансии, локализующие на себе за счёт кулоновского притяжения электроны. Связанные системы положительно заряженных вакансий и электронов наз. электронными центрами окраски, т. к. их присутствие в кристалле обусловливает его окрашивание - возникновение полос поглощения и излучения в оптич. диапазоне. Центры окраски могут эффективно поглощать и испускать кванты света, т. е. являются рабочими центрами активных сред перестраиваемых лазеров. По принципу действия и характеристикам ЛЦО подобны лазерам на красителях.

2546-4.jpg

Рис. 1. Центры окраски в щёлочно-галоидных кристаллах: а) F-центр; б) F2-центр; в) F+2-центр; г) F2-центр; д) FA-центр; е) FB-центр; примесные ионы - чёрные кружки.


Наиб. простым центром окраски является F-центр - вакансия аниона (отрицательно заряженного иона в двухатомном ионном кристалле), захватившая один электрон е- (рис. 1, а). Все центры, на к-рых получена лазерная генерация, являются производными от F-центров. Так, F2-центр представляет собой пару соседних F-центров, сильно связанных друг с другом (рис. 1,б); при потере F2-центром одного электрона образуется F2+-центр (рис. 1, в), при захвате - -F2-центр (рис. 1, г). Если в решётку кристалла (матрицу) введены примеси, заместившие нек-рые из катионов (чёрные кружки), то F-центр, рядом с к-рым расположен примесный катион (напр., Li+ вместо К+ в решётке КС1), обозначают индексом А (напр., FA, рис. 1, д), а центр, рядом с к-рым расположились 2 примесных катиона (рис. 1, е),- индексом В.

Спектральное положение электронно-колебат. полос поглощения и люминесценции центров зависит от типа центров и параметров матрицы. Выбором кристалла для одних и тех же центров можно смещать диапазон генерируемых длин волн 2546-5.jpg, перекрывая область от 2,2 до 3,3 мкм для FA и FB (рис. 2) и от 0,82 до 2 мкм для Ft (рис. 3). Создание комплексов квазимолекулярных центров F2 и F2+, ассоциированных с примесями одно-и двухвалентных металлов, вводимых в матрицу, также позволяет сдвигать полосы поглощения и люминесценции (на 103 2546-8.jpg), ещё более расширяя область перестройки2546-9.jpg ЛЦО действуют по схеме, к-рую можно свести к четырёхуровневой (рис. 4). Накачка идёт в широкой полосе электронно-колебат. спектра (переход2546-10.jpg2546-11.jpg ) шириной 1500-2500 А. Далее за время2546-12.jpg2546-14.jpg 1012-10-13 с идёт безызлучательная релаксация по колебат. подуровням (2546-15.jpg ). Затем следует излучат. переход в широкой полосе (2546-16.jpg, с сечением 2546-17.jpg 10-17 см2 и вероятностью 107-108 с-1) и опять быстрая безызлучательная релаксация вниз по колебат. подуровням основного состояния (2546-18.jpg ).

2546-6.jpg

Рис. 2. Зависимость полос люминесценции центров FА и FB от вида матрицы (I - интенсивность излучения); с увеличением постоянной решётки полосы сдвигаются в сторону больших2546-7.jpg


2546-13.jpg


2546-19.jpg

Рис. 4. Схема уровней, иллюстрирующая лазерное действие центров окраски.

Различают низко- и высокотемпературные ЛЦО. Так, для квазиатомных FA- и FB-центров величина кванта тепловых потерь (стоксов сдвиг) в неск. раз превосходит энергию излучат. перехода, что вызывает увеличение с ростом Т вероятности безызлучательных релаксационных переходов 2546-20.jpg и падение квантового выхода люминесценции и накладывает ограничение на рабочую температуру лазера (T<200 К). Напротив, малые по сравнению с энергиями излучат. переходов величины кванта тепловых потерь для квазимолекулярных центров (F2, F2+ , F2- и т. д.) обеспечивают высокий и слабо зависящий от Т (при Т2546-21.jpg300 К) квантовый выход люминесценции.

Генерация получена на ряде кристаллов: LiF [F2, F/ , F2-]; NaF [F2+, (F2+)A, F3-]; NaCl, KF, KC1, KBr[(F2+)A, FAFA(Tl)]; RbCl [FA, FB]; CaF2[(F2)A]; SrF2[(F2)A]; MgF2[(F2)A]; KMgF3[F2+]; LiYF4[F2+]; CaO[F + ]; A12O3 и в алмазе с центрами окраски.

Непрерывный режим генерации осуществляется при накачке кристаллов аргоновыми и криптоновыми газоразрядными лазерами или неодимовым лазером. Область генерации 2546-22.jpg0,82-3,3 мкм; Т2546-23.jpg77-300 К. Выходная мощность 2546-24.jpg3 Вт, кпд2546-25.jpg1-60%.

Импульсно-периодич. режим осуществляют накачкой неодимовыми и рубиновыми лазерами, лазерами на красителях, на парах Си и газоразрядными импульсными лампами. ЛЦО, работающие при T=300 К, перекрывают диапазон 2546-26.jpg0,52546-27.jpg1,4 мкм, кпд достигает десятков %, выходная энергия 100 Дж, мощность до 1 ГВт. При T=300 К наиб. перспективны активные среды на основе LiF; NaF[F3-]; NaF(Li)[(F2+)A]; CaF2(Na) [(F2)A]; SrF2(Na)[(F2)A], а также кристаллы А12О3 и алмаза с центрами окраски. Нелинейное насыщающее поглощение в указанных кристаллах позволяет использовать их в качестве нелинейных фильтров, развязок, формирователей и оптич. затворов. Импульсные ЛЦО, работающие в режимах нано-, микро-, пико- и субпикосекундных длительностей, являются основой для спектрометров видимого и ИК-диапазонов. Возможность ЛЦО эффективно работать практически во всех режимах генерации (от непрерывного до субпикосекундных импульсов) в широком диапазоне 2546-28.jpg ставит их в ряд наиб. перспективных инструментов эксперим. физики.

Литература по лазерам на центрах окраски

  1. Феофилов П. П., Архангельская В. А., Люминесценция и стимулированное излучение центров окраски в ионных кристаллах, "Изв. АН СССР. Сер. физ.", 1981, т. 45, № 2, с. 302;
  2. Басиев Т. Т. и др..Твердотельные перестраиваемые лазеры на центрах окраски в ионных кристаллах, "Изв. АН СССР. Сер. физ.", 1982, т. 46, с. 1600.

Т. Т. Басиев, С. Б. Миров

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, что "тёмная материя" - такая же фикция, как черная кошка в темной комнате. Это не физическая реальность, но фокус, подмена.
Реально идет речь о том, что релятивистские формулы не соответствуют астрономическим наблюдениям, давая на порядок и более меньшую массу и меньшую энергию. Отсюда сделан фокуснический вывод, что есть "темная материя" и "темная энергия", но не вывод, что релятивистские формулы не соответствуют реалиям. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

Bourabai Research Institution home page

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution