В современном мире лазеры стали незаменимыми. Они используются во многих сферах жизни: от медицины до информационной технологии, от изучения Земли до изучения галактик и т.д. Новейшие лазеры уже способны излучать рентгеновские диапазоны. Со временем лазерное излучение будет основным источник для жизнедеятельности человечества.
Современные лазеры на основе перспективных кристаллов со структурой кольквириит LiMeAlF6 (Me=Ca, Sr), активированные различными редкоземельными металлами, применяются в различных отраслях, в зависимости от длин волн излучения. Например, лазеры на кристаллах LiCaAlF6, LiSrAlF6, LiCai-xSrxAlF6 (допированные ионами Ce3+ являются хорошими источниками излучения) используются для системы зондирования LIDAR. Данная система способна выявлять сверхмалые количества вредных газов в атмосфере. Лазерные излучатели ультрафиолетового диапазона используются в медицине при борьбе с кожными заболеваниями: псориаз и витилиго. В настоящее время ведутся работы по исследованиям в этой области, в результате которых приблизиться к пониманию механизмуа УФБ - терапии витилиго, поиску оптимальных параметров воздействия УФ лучей для восстановления синтеза меланина.
Таким образом, в настоящее время стоит острая потребность в качественных лазерных источниках ультрафиолетового диапазона, востребованные в медицине и экологии. Для улучшения лазерных характеристик были предприняты попытки вырастить кристаллы LiCAF:Ce с концентрациями 1,5-2%. Но это только приводило к ухудшению оптического качества из-за низкой изоморфной емкости кристаллической матрицы. Целью данной работы является выращивание кристаллов методом Бриджмена, исследование методом оптической спектроскопии высококонцентрированных кристаллов LiCaAlF6: Ce3+ и проведение лазерных экспериментов.
В результате данной работы методом Бриджмена-Стокбаргера были выращены монокристаллы состава LiSrxCai-xAlF6 (x=0, 0,2, 0,5, 0,8, 1), активированные ионами Ce3+ в количестве 1 ат.%. При росте задавалась определенная ориентация. Из выращенных кристаллов були были подготовлены образцы для исследований методами спектроскопии и лазерных экспериментов.
Построен гомологический ряд с одинаковой кристаллической структурой серии кристаллов LiSrxCa1-xAlF6 по результатам рентгеновской дифрактометрии. Оптическое качество кристаллов были подтверждены с помощью интерферометрических исследований.
Определен оптимальный химический состав и способы предварительной очистки отдельных компонент шихты для роста кристаллов LiSrxCa1-xAlF6:Ce высокого оптического качества.
Результаты исследований поглощения по длине кристалла показали значительный градиент распределение ионов Ce3+ с увеличением количества примеси в области верхушки кристаллов.
Исследования усиления света в образцах LiSrxCa1-xAlF6:Ce показали, что смешанные кристаллы при низкой концентрации ионов Ce3+ характеризуются более высоким значением коэффициента усиления. А при увеличении концентрации активатора начинает появляться эффект образования центров окраски и наведенного поглощения для кристаллов LiSrAlF6 и смешанных LiSrxCa1-xAlF6.
При сравнении спектров люминесценции, зарегистрированных при разных температурах, была замечена значительная передача энергии между примесными центрами различных типов. Однако при этом в смешанной структуре один из типов центров проявляется в меньшей степени. Проведенные исследования кинетики люминесценции в образцах LiSrxCa1-xAlF6:Ce показали, что времена жизни для примесных центров одного и того же наименования не отличаются. По-видимому, вероятность образования одного из типов центра в смешанной структуре значительно меньше чем в несмешанном, а увеличение коэффициента поглощения определено увеличением концентрации первого и второго типов центров.
На подготовленном активном элементе LiCaAlF6:Ce3+ (1,2ат.%) была собрана лазерная установка. Достигнутое выходное лазерное излучение получилось с порогом генерации около 3.5 мДж и дифференциальный КПД больше чем 47%. В спектрально-селективном резонаторе активный элемент показал настройку длины волны излучения от 281 до 312 нм.
Соискатель выражает благодарность младшему научному сотруднику лаборатории МРС И КЭ Института физики КФУ Шавельеву А. А. за помощь и участие в подготовке, проведении и анализе результатов экспериментов по выращиванию кристаллов, оптической спектроскопии, лазерного эксперимента.
