ВНКСФ7: Галуцкий Валерий Викторович: Спектроскопические и генерационные параметры лазерной среды на основе монокристаллов LiNbO3, активированных ионами Yb3+

Спектроскопические и генерационные параметры лазерной среды на основе монокристаллов LiNbO3, активированных ионами Yb3+

Галуцкий Валерий Викторович
Кубанский государственный университет

Научный руководитель: Лебедев Валерий Андреевич, кандитат физико-математических наук
Соавторы: Ворошилов Игорь Валерьевич

Монокристаллы LiNbO₃ является высокотехнологичной электро- и акустооптической средой. В последние годы резко повысился интерес к монокристаллам ниобата лития, активированным редкоземельными ионами [1], для целей интегральной оптики и оптоэлектроники. Представленная работа посвящена спектроскопическим исследованиям монокристаллов Yb³⁺:LiNbO₃.

Исследуемые монокристаллы с содержанием иттербия от 1 до 5 мол.%, были выращены в Кубанском госуниверситете методом Чохральского. Проведены измерения времен затухания люминесценции кристаллов с различными концентрациями ионов иттербия. Экстраполяцией полученных результатов к нулевой концентрации активатора определено радиационное время затухания люминесценции Yb³⁺. Путем разложения спектров люминесценции и поглощения, полученных при температурах 77 и 300 К, на 12 индивидуальных полос, вычислены положения штарковских подуровней мультиплетов ²F_7/2, ²F_5/2 иона Yb³⁺ в LiNbO₃ (рис.1).

На основе экспериментальных данных построены спектры сечений поглощения s _p(l ) и излучения s _e(l ), а также спектры сечений усиления (рис.2).

рис.1

рис.2

Анализ спектров усиления показывает, что длина волны излучения лазера на основе Yb:LiNbO₃ в режиме свободной генерации составляет 1.062 мкм. Результаты расчетов лазерных параметров монокристаллов Yb:LiNbO₃ сведены в таблицу, где I_th - пороговая плотность мощности накачки идеализированного лазера, l _p - длина волны накачки, s _p-сечение поглощения на длине волны l _p, t _r - радиационное время жизни, b _min - минимальная инверсия населенностей, необходимая для возникновения положительного усиления на длине волны генерации. В таблице для сравнения помещены аналогичные параметры лазерных сред на основе монокристаллов Yb:Y₃Al₅O₁₂ (Yb:YAG) и Yb:CaGd₄(SiO₄)₃O (Yb:CGS) [2]. Из таблицы видно, что I_th для монокристаллов Yb:LiNbO₃ ниже чем для Yb:YAG, Yb:CGS.

Кристалл	I_th, кВт/см²	s _e, ? 10^-21 см²	l _p, мкм	s _p,? 10^-21 см²	t _r, мкс	b _min
Yb:LiNbO₃	0.64	5.7 (1062 нм)	0.978	16.2	515	0.026
Yb:YAG	1.47	19 (1030 нм)	0.942	8	1080	0.057
Yb:CGS	0.79	6 (1065 нм)	0.93	5.4	923	0.018

Анализ полученных данных позволяет заключить, что Yb:LiNbO₃ является перспективным материалом для разработки лазеров и волноводных усилителей с длиной волны 1.062 мкм.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, Министерства Образования Российской Федерации и Департамента образования и науки Краснодарского края.

[1] Baumann I. et al. J. Selected Topics in Quant. Electron., 2 (1996) 355

[2] Lebedev V.A. et al. J. Luminescence, 92 (2000), 139