АКТИВНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ЖИДКОСТНЫХ ОПТИЧЕСКИХ КВАНТОВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ И УСИЛИТЕЛЕЙ
ACTIVE MATERIAL FOR LIQUID OPTICAL QUANTUM GENERATORS AND AMPLIFIERS

Изобретение относится к области создания новых жидких лазерных материалов, пригодных для использования в оптических квантовых генераторах (ОКГ) и оптических квантовых усилителях (ОКУ) как с традиционной оптической накачкой, так и с накачкой продуктами ядерных реакций.
Известен активный материал, активированный редкоземельными элементами для оптических квантовых генераторов и оптических квантовых усилителей (А.С. СССР № 330505, приоритет от 23.11.1966, МПК H01S 3/14. Белан В.Р., Жаботинский М.Е., Золин В.Ф. и др. Активный материал, активированный редкоземельными элементами, для оптических квантовых генераторов и оптических квантовых усилителей. Опубл. Бюл. №8, 1972). В известном техническом решении активный материал состоит из следующих ингредиентов, вес %:
хлорокись фосфора
15-90
галогениды металлов
1-60
редкоземельный элемент
0,1-25
Недостатком данного активного материала является то, что он не может быть использован для накачки продуктами ядерных реакций, так как не содержит в своем составе делящихся нейронами элементов.
3
4
3+
2
Наиболее близким техническим решением к заявленному активному материалу является активный материал POCl-SnCl-Nd-UO (Патент РФ № 2075143 от 20.06.1994, МПК H01S 3/20. Дьяченко П.П., Серегина Е.А., Тихонов Г.В. Активный материал для жидкостных лазеров и усилителей). Активный материал состоит из следующих ингредиентов, вес.%:
оксотрихлорид фосфора (POCl<sub>3</sub>)
60-98
тетрахлорид олова (SnCl<sub>4</sub>)
1-20,
неодим
0,2-20
перхлорат уранила UO<sub>2</sub>(ClO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>
0,1-10
Недостатками известного активного материала являются:
- относительно широкая линия люминесценции лазерного перехода 10-20 нм, что приводит к уменьшению сечения вынужденного излучения и к повышению порога генерации жидких ОКГ по сравнению с ОКГ на кристаллах.
- активный материал для ядерной накачки должен готовится по специальной технологии, так как содержит в своем составе делящийся материал уран-235.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно,
- получение активного материала с относительно узкой линией люминесценции лазерного перехода, что приводит к увеличению сечения вынужденного излучения и к понижению порога генерации жидких ОКГ;
- исключение специальных работ с ураном-235.
3
3
2
3
Для исключения указанных недостатков в активном материале для жидкостных оптических квантовых генераторов и усилителей на основе оксотрихлорида фосфора предлагается в состав активного материала вместо тетрахлорида олова и перхлората уранила ввести трихлорид бора BCl и трифторацетат неодима Nd(CFCO).
В частных случаях приготовления активного материала предлагается:
- во-первых, в активном материале обеспечить следующее соотношение ингредиентов, вес.%:
оксотрихлорид фосфора, POCl<sub>3</sub>
85-98
трихлорид бора, BCl<sub>3</sub>
1-10
трифторацетата неодима, Nd(CF<sub>3</sub>CO<sub>2</sub>)<sub>3</sub>
0,2-5
10
во-вторых, трихлорид бора может содержать изотоп B в количестве 20-95 вес.% от общего содержания изотопов бора.
Технический результат состоит в повышении выходной мощности лазерного излучения и в снижении себестоимости производимой продукции.
В активном материале трихлорид бора способствует растворению трифторацетата неодима в оксотрихлориде фосфора и вместе с ним образует матрицу, в которую встроены активные ионы неодима. Данная матрица создает благоприятное окружение для люминесцирующих ионов неодима, обеспечивая малую безызлучательную диссипацию энергии возбуждения этих ионов и слабое концентрационное тушение люминесценции.
Пример конкретного выполнения активного материала
3
3
3+
Синтезирован активный материал POCl-BCl-Nd, содержащий в своем составе естественную смесь изотопов бора, при следующем количественном соотношении ингредиентов, в вес.%:
оксотрихлорид фосфора, POCl<sub>3</sub>
90
трихлорид бора, BCl<sub>3</sub>
8
трифторацетат неодима, Nd(CF<sub>3</sub>COO)<sub>3</sub>
2
Из активного материал приготовлено 10 образцов, изучены его спектрально-люминесцентные характеристики как при оптическом возбуждении, так и в условиях возбуждения нейтронами на импульсном двухзонном реакторе БАРС-6 в ГНЦ РФ-ФЭИ.
Синтезированный активный материал имеет следующие характеристики:
время затухания люминесценции Nd<sup>3+</sup>, мкс
200
ширина полосы люминесценции Nd<sup>3+</sup>
по лазерному переходу <sup>4</sup>F<sub>3/2</sub>→<sup>4</sup>I<sub>11/2</sub>, нм
5,2±0,1
сечение вынужденного излучения лазерного
перехода <sup>4</sup>F<sub>3/2</sub>→<sup>4</sup>I<sub>11/2</sub>, см<sup>2</sup>
1,5·10<sup>-19</sup>
линейный коэффициент поглощения на длине волны
лазерного перехода 1053 нм, см<sup>-1</sup>
3·10<sup>-3</sup>
3+
4
4
-19
2
3+
10
10
10
7
3/2
11/2
e
Данный активный материал имеет в 2,5-3,0 раза меньшую ширину полосы люминесценции иона Nd, соответствующую лазерному переходу F→I Δλ=5,2±0,2 нм, и, следовательно, большее сечение вынужденного излучения данного лазерного перехода σ=1,5·10 см, чем в других лазерных жидкостях. Увеличение сечения вынужденного излучения ведет к увеличению коэффициента усиления и значительному увеличению эффективности накачки Nd. Кроме того, естественный трихлорид бора содержит 20% изотопа B, концентрацию которого можно довести до 95% при использовании трихлорида бора, обогащенного по изотопу B. Благодаря большому сечению ядерной реакции B(n, α)Li, при облучении нейтронами активного материала на ядерном реакторе появится возможность прямого преобразования энергии этой ядерной реакции в энергию лазерного излучения.