Метод за отглеждане на кристали от галиев-скандий-гадолиниев гранат за пасивни лазерни капаци
Притежатели на патента RU 2321689:
Изобретението се отнася до технология за отглеждане на кристали за пасивни лазерни портали, използвана в съвременните лазери, работещи в IR спектралната област. Кристалите се отглеждат по метода на Czochralski от стопилката на първоначалния заряд, съдържащ смес от метални оксиди, които са галиев-скандий-гадолиниев гранат, получен чрез твърдофазовия синтез на конгруентно топящ се състав с добавки на магнезиев оксид и хромен оксид, осигуряващ концентрацията на катиони на хром и магнезий в стопилката с 2, 0 × 10 20 -2,6 × 10 20 атома/cm 3. Процесът се извършва при налягане в камерата от 1,4 атм в атмосфера на аргон и въглероден диоксид с обемна част от последния в газовата смес 14-17%. Изобретението позволява да се отглеждат перфектни кристали от галиево-скандиево-гадолиниеви гранати, легирани с хромови катиони, с коефициент на поглъщане над 5 cm -1 в диапазона на генериране на дължини на вълните от 1.057-1.067 микрона, осигуряващи необходимото Q-превключване режим на вратите в непрекъснат и импулсен режим на работа.
Изобретението се отнася до технология за отглеждане на кристали за пасивни лазерни портали, използвани в оптични и оптоелектронни устройства, като лазерни далекомери, работещи в инфрачервената област на спектъра, и може да се използва за получаване на пасивни лазерни портали на базата на итриев алуминий, галий-скандий -гадолиниеви гранати и други монокристали от многокомпонентни оксиди, съдържащи галиев оксид, легирани с хром или ванадий катиони.
От предшестващото състояние на техниката е известна технология за производство на пасивни порти от кристали на итриев алуминиев гранат, легиран с ванадий, където като начален заряд се използва смес от метални оксиди от стехиометричен състав на граната, който се топи при температура от 1970 ° C в азотна атмосфера с добавяне на кислород и след това кристалът се отглежда по метода на Czochralski, последван от отгряване в редуцираща атмосфера (Micrczyk Z., Frukacz Z., OPTO-ELECTRONICS, 2000, v. 8, N1, pg 67-74). Този метод не осигурява висока оптична плътност, коефициентът на поглъщане, получен на затворите, е по-малък от 0,7 cm -1 при дължина на вълната на генериране от 1,34 μm.
Целта на предложеното техническо решение е да се отглеждат кристали от галиево-скандиево-гадолиниеви гранати, легирани с хром за пасивни лазерни капаци с коефициент на поглъщане над 5 cm -1 в диапазона на дължината на вълната от 1.057-1.067 микрона и осигуряване на необходимия Q -превключващ режим в непрекъснат и импулсен режим на работа.
Тази цел се постига от факта, че при метода за отглеждане на кристали от галиево-скандиево-гадолиниеви гранати за получаване на пасивни лазерни капаци по метода на Чохралски от стопилката на първоначалния заряд, съдържащ смес от метални оксиди, за разлика от прототипа, първоначалният заряд се получава чрез твърдофазен синтез на галий-скандий-гадолиниев гранат с конгруентна топилна композиция с добавки на магнезиев оксид и хромен оксид, осигуряващ концентрация на хром и магнезиеви катиони в стопилката 2,0 × 10 20 -2,6 × 10 20 атома/cm 3, а кристалите се отглеждат при налягане в камерата 1,4 атм в аргон и въглероден диоксид с обемна част от последния в газова смес 14-17%.
Същността на изобретението е, както следва: пасивни лазерни капаци, направени от гранати, легирани с хромови катиони, използвани при дължина на вълната на генериране на активен елемент на база неодимов 1,057-1,067 микрона, едно от ефективните дизайнерски решения за неохлаждаем лазерен излъчвател. Въпреки това, за да се осигури необходимия режим на Q-превключване в непрекъснат и импулсен режим на работа, оптималният коефициент на поглъщане е повече от 5 cm -1 в определения диапазон на дължината на вълната. При по-ниски стойности на коефициента на поглъщане е възможна нестабилна работа в режим на непрекъснато генериране поради недостатъчно охлаждане. Максималните стойности на коефициента на поглъщане са ограничени от изискванията за първоначално предаване за пасивния затвор и технологичността на процесите на етапа на механична обработка, нанасяне на антирефлексно покритие и монтаж на излъчвателя. На практика стойностите на коефициента на поглъщане в кристал над 7,5 cm -1 при дължина на вълната 1,064 μm не са икономически осъществими за производството на пасивни лазерни затвори.