СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ ГАДОЛИНИЙ-СКАНДИЙ-АЛЮМИНИЕВЫХ ГРАНАТОВ ДЛЯ ПАССИВНЫХ ЛАЗЕРНЫХ ЗАТВОРОВ
METHOD FOR GROWING GADOLINIUM-SCANDIUM-ALUMINIUM GARNET CRYSTALS FOR PASSIVE LASER SHUTTERS

Изобретение относится к материалам твердотельных лазеров, в частности к технологии пассивных лазерных затворов для современных лазеров, используемых в оптических и оптоэлектронных приборах, например лазерных дальномерах и лидарах, работающих в ближней ИК-области спектра. Также может быть использовано при получении материалов на основе гадолиний-скандий-алюминиевых гранатов и других монокристаллов, содержащих оксид гадолиния и ионы ванадия.
Пассивные лазерные затворы из кристаллов со структурой гранатов, легированных ионами ванадия, используемые на длине волны 1,2-1,6 мкм, являются одним из эффективных конструкционных решений неохлаждаемого лазерного излучателя. Для обеспечения необходимого режима модуляции добротности лазера в импульсном режиме работы также необходимым параметром пассивных лазерных затворов является заданное начальное пропускание в пределах от 15 до 30%. Увеличение коэффициента поглощения приводит к уменьшению толщины детали. Производство и применение таких деталей экономически целесообразно.
Известен способ получения пассивных лазерных затворов из монокристаллов алюмоиттриевого граната (АИГ), легированного ванадием, выращенных методом Бриджмена (см. Иванов В.И., Крутова Л.К., Миронов И.А. и др., Сборник трудов 6-й Международной конференции «Прикладная оптика - 2004», октябрь, г. Санкт-Петербург, 2004 г., т. 4, с. 41-45). Данным методом невозможно достичь коэффициента поглощения более 1,1 на пассивных затворах в области спектра 1,20-1,55 мкм.
20
20
3
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ выращивания кристаллов галлий-скандий-гадолиниевых гранатов для пассивных лазерных затворов методом Чохральского (Патент РФ №2321689, опубл. 10.04.2008 , МПК С30В 15/04, С30В 29/28, H01S 3/11, H01S 3/16), по которому из расплава, содержащего смесь оксидов металлов, в качестве которых используют полученный методом твердофазного синтеза галлий-скандий-гадолиниевый гранат конгруэнтно плавящегося состава с добавками оксида магния и оксида хрома, обеспечивающими концентрацию катионов хрома и магния в расплаве по 2,0·10-2,6·10 атомов/см, а выращивание кристаллов осуществляют при давлении в камере 1,4 атм в среде аргона и углекислого газа с объемной долей последнего в газовой смеси 14-17%.
-1
Пассивные лазерные затворы на основе полученного граната имеют коэффициент поглощения более 5 см в диапазоне длин волн 1,057-1,067 мкм и обеспечивают необходимый режим модуляции добротности в импульсном режиме работы.
3+
Легирование ванадием кристаллов галлий-скандий-гадолиниевых гранатов для пассивных лазерных затворов не позволяет получить ионы ванадия V в указанной гранатовой структуре кристалла, т.е. обеспечить функционирование пассивного затвора в лазерном излучателе.
Использование пассивных лазерных затворов на основе галлий-скандий-гадолиниевых гранатов, полученных описанным методом на длинах волн 1,2-1,6 мкм, невозможно.
-1
Предлагаемое техническое решение позволяет получить кристаллы гадолиний-скандий-алюминиевого граната, легированные ванадием, для пассивных лазерных затворов, имеющих коэффициент поглощения 1,2-2,5 см на длинах волн 1,20-1,55 мкм и обеспечивающих режим модуляции добротности твердотельного лазера в импульсном режиме работы.
2,88
1,89
3
0,03
12
2
5
-4
В заявляемом способе получения кристаллов гадолиний-скандий-алюминиевых гранатов для получения пассивных лазерных затворов методом Чохральского из расплава исходной шихты, содержащей смесь оксидов металлов, в котором, в отличие от прототипа, в качестве шихты используют полученный методом твердофазного синтеза гадолиний-скандий-алюминиевый гранат состава GdScAlVO, причем ванадий вводят в виде оксида VO, и процесс выращивания кристалла ведут при давлении в камере 1,2-1,8 атм аргона, а затем кристалл отжигают в вакууме 3-5×10 мм рт.ст. при температуре 1600°C в течение 3-6 часов.
В качестве примера были выращены кристаллы гадолиний-скандий-алюминиевого граната, легированные ионами ванадия.
Пример №1. Общий вес исходной шихты 620,36 г.
Состав исходной шихты:
2,88
0,12
1.77
0.23
3
12
- гранат GdSc[ScAl]AlO-618.33 г.
2
5
- добавка VO-2,03 г.
2,88
1,89
3
0,03
12
Состав шихты соответствует составу: GdScAlVO.
-4
Твердофазный синтез проводили при температуре 1000°C в течение 24 часов. Выращивание кристалла гадолиний-скандий-алюминиевого граната методом Чохральского осуществляли при давлении в камере 1,2 атм в среде аргона. Выращен кристалл диаметром 18 мм, длиной 43 мм. После резки на диски толщиной 2,5 мм их отжигали в вакууме 3-5×10 при температуре 1600°C в течение 3 часов.
Пример №2. Общий вес исходной шихты 620,36 г.
Состав исходной шихты:
2,88
0,12
1.77
0.23
3
12
- гранат GdSc[ScAl]AlO-618.33 г.
2
5
- добавка VO-2,03 г.
2,88
1,89
3
0,03
12
Состав шихты соответствует составу: GdScAlVO.
-4
Условия твердофазного синтеза: при температуре 1000°C в течение 24 часов. Выращивание кристалла методом Чохральского осуществляют при давлении в камере 1,8 атм аргона. Выращен кристалл диаметром 20 мм, длиной 43 мм. После резки на диски толщиной 2,0 мм их отжигали в вакууме 3-5×10 мм рт.ст. при температуре 1600°C в течение 6 часов.
-1
Из выращенных кристаллов гадолиний-скандий-алюминиевого граната были изготовлены пассивные лазерные затворы с коэффициентом поглощения 1,2-2,5 см на длинах волн 1,20-1,55 мкм и обеспечивающие режим модуляции добротности твердотельного лазера в импульсном режиме работы.
Пассивные лазерные затворы изготавливают согласно требованиям по геометрическим размерам и начальному поглощению излучения, за счет подбора толщины затвора. Из кристалла, выращенного по примеру №1 были изготовлены пассивные лазерные затворы диаметром 8,0 мм с начальным поглощением 78-80%, а из кристалла по примеру №2 получены образцы с начальным поглощением 48-52%, обеспечивающие режим модуляции добротности твердотельного лазера в импульсном режиме работы.