Preparación de materias primas de Nd:YLF mediante método de fusión y estudio de su crecimiento y propiedades cristalinas - 05

2 Resultados y discusión

La sección transversal de absorción es un parámetro importante para el bombeo óptico de cristales láser. Su fórmula de cálculo es:pag_abdominales =a_(l)/norte, dóndenorte es la concentración de Nd³⁺en el cristal (el número de iones por unidad de volumen), que es 1,78×10²⁰ centímetro^-3, ya_(l)es el coeficiente de absorción, que se puede calcular mediante la fórmula (3):

a_(l) = A.303LJ (1/t)/d    (3)

En la fórmula,des el espesor del cristal en la dirección de transmisión de la luz (cm),tes la transmitancia y el coeficiente de absorción en la dirección a se calcula en 5,99 cm^-1(797,4 nm), y el coeficiente de absorción en la dirección c es 9,77 cm^-1 (792,3 millas náuticas). Por tanto, sus secciones transversales de absorción son 3,37×10^-20 centímetro²y 5,49×10^-20 centímetro²respectivamente.

La figura 9 muestra el espectro de emisión de Nd:YLF(www.wisoptic.com)El cristal se excita a 808 nm, y las transiciones de niveles de energía correspondientes a las bandas de emisión se muestran en la figura. Se puede observar que las bandas de emisión del cristal se concentran principalmente en tres bandas, cerca de 0,9. µm, 1,05 µm y 1,3 µm, correspondiente a la⁴F_3/2→⁴I_9/2,⁴F_3/2→⁴I_11/2 y⁴F_3/2→⁴I_13/2transiciones de Nd³⁺, respectivamente. Se observan picos de emisión intensos a 1047 nm y 1053 nm cerca de 1,05 µm, siendo el pico de emisión más intenso a 1047 nm.

Higo.9 Espectro de emisión del cristal Nd:YLF excitado a 808 nm

La Figura 10 muestra la curva de decaimiento de fluorescencia medida del cristal de Nd:YLF. El tiempo de vida de fluorescencia es de 483 μs tras ajustarse con una sola ecuación exponencial. Su tiempo de vida de fluorescencia es aproximadamente el doble que el del Nd:YAG, lo que facilita la obtención de una salida láser pulsada de alta energía.

Higo.10 Curva de desintegración fluorescente del cristal Nd:YLF a 1047 nm

La sección transversal de emisión estimulada (pag_ellos) es un parámetro esencial para evaluar materiales láser y diseñar dispositivos láser. Elpag_ellosLa potencia del pico de emisión de Nd:YLF se puede estimar directamente a partir del espectro de emisión según la fórmula (4):

Dónde a_(l)representa la sección transversal de emisión estimulada en la longitud de ondayo,yo es la longitud de onda central de la banda de emisión,do es la velocidad de la luz (do=3×10⁸EM),nortees el índice de refracción del cristal,t_metroes el tiempo de vida de la fluorescencia, Δnortees la mitad del ancho máximo del pico de emisión (cm^-1),bes la relación de ramificación de fluorescencia de la transición del nivel de energía de longitud de onda correspondiente del Nd³⁺ ion luminiscente en el cristal, y elbvalor correspondiente a la⁴F_3/2→⁴I_11/2La transición a 1047 nm y 1053 nm es de 0,18. Por lo tanto, se calcula que las secciones eficaces de emisión a 1047 nm y 1053 nm son de 1,598 × 10^-19 centímetro²y 1.358×10^-19 centímetro², respectivamente. Se puede observar que las secciones transversales de emisión de estas transiciones son relativamente grandes, aproximadamente iguales a las secciones transversales de emisión de Nd³⁺-YAG dopado (1,422×10^-19 centímetro²) y YVO₄(1,37×10^-19 centímetro²) cristales. Dado que el producto de la vida útil de la fluorescencia y la sección transversal de la emisión estimulada es inversamente proporcional al umbral de oscilación del láser, el Nd:YLF exhibe un umbral de láser más bajo que los láseres Nd:YAG.

3 Conclusión

En este estudio, se utilizó un dispositivo de fusión casi cerrado. Las materias primas se fundieron completamente y los materiales flotantes se recuperaron completamente a una temperatura superior al punto de fusión del cristal YLF, con el fin de obtener materias primas de crecimiento policristalino de Nd:YLF de alta pureza. Utilizando las materias primas preparadas mediante el método de fusión, se cultivó un cristal completo de Nd:YLF con un tamaño de ϕ35 mm × 140 mm mediante el método de tracción en una atmósfera de Ar de alta pureza. El ancho de semipico del cristal, obtenido mediante XRC, fue de tan solo 0,007°, lo que indica una buena calidad cristalina. El coeficiente de segregación de Nd³⁺En el cristal de Nd:YLF es de 0,3, lo que favorece un dopaje de alta concentración y mejora la eficiencia del láser. Para las diferentes direcciones del cristal, los picos de absorción más intensos presentan ligeras diferencias: 797,4 nm (dirección a) y 792,3 nm (dirección c), respectivamente, con coeficientes de absorción de 5,99 cm.^-1y 9,77 cm^-1, respectivamente, y secciones transversales de absorción de 3,37×10^-20 centímetro²y 5,49×10^-20 centímetro², respectivamente. El pico de emisión más intenso se encuentra a 1047 nm, la sección eficaz de emisión es de 1,598 × 10^-19cm² y un tiempo de vida de fluorescencia de 483 μs. Los resultados experimentales muestran que la materia prima policristalina Nd:YLF preparada por el método de fusión presenta una alta pureza de fase cristalina, lo que puede reducir en gran medida la formación de óxidos de fluoruro durante el crecimiento cristalino, cumple con los requisitos de crecimiento cristalino en atmósfera de Ar y proporciona un nuevo enfoque técnico para el crecimiento de cristales de la serie YLF de alta calidad y bajo costo.