Сотрудники Физического института им. П.Н. Лебедева РАН разработали ряд твердотельных лазеров, излучающих в среднем инфракрасном диапазоне (2 – 6 мкм). Такие лазеры могут применяться в качестве лидаров – для обнаружения в атмосфере экологически вредных примесей, для локации объектов, в спектроскопии, а также в медицине, например, в стоматологии.
Лазеры среднего ИК диапазона основаны на кристаллах соединений А2B6 (второй и шестой групп Периодической системы элементов), легированных двухвалентными ионами переходных металлов. Начиная с конца 90-х гг. и по настоящее время, этот класс кристаллов представляет большой интерес, обусловленный целым рядом их достоинств. В частности, полоса люминесценции таких кристаллов лежит в спектральной области 2-6 мкм, интересной для ряда применений, и обладает большой шириной, порядка 1 мкм. Это, во-первых, предполагает возможность плавной перестройки частоты генерации лазера в широком спектральном диапазоне, в том числе и возможность настройки длины волны генерации, например, на частоту линии поглощения конкретного газа. Во-вторых, такие активные среды перспективны для генерации ультракоротких лазерных импульсов. Кроме того, широкие полосы поглощения этих соединений упрощают выбор источников накачки будущих лазеров. Выходная мощность наиболее проработанных лазеров достигает 10-Ваттного уровня.
Сотрудники ФИАН разработали целый ряд инфракрасных лазеров с общим диапазоном спектра излучения от 2 до 6 мкм. В некоторых лазерах используются уже известные ранее кристаллы, но достигнуты более высокие характеристики. Однако в большинстве лазеров используются новые комбинации кристаллической матрицы и легирующей примеси.
«Столь положительного результата удалось добиться благодаря нашей собственной технологии легирования кристаллов непосредственно в процессе их роста из паровой фазы. Эта технология обеспечивает высокую степень однородности легирования ионами переходных металлов, а также степень чистоты в том, что касается нежелательных примесей. Методики, которые используются конкурирующими группами, заключаются либо в выращивании кристаллов из расплава, либо в более сложной процедуре легирования - путем твердофазной диффузии переходных металлов внутрь монокристалла во время дополнительных высокотемпературных отжигов. Однако в первом случае велика вероятность загрязнения другими элементами, а во втором – среда получается недостаточно однородной», - рассказывает ведущий научный сотрудник кандидат технических наук Юрий Коростелин.
Ростовая ампула в печи и температурный профиль
Первые лазеры на кристаллах A2B6, легированных ионами переходных металлов, были реализованы на кристаллах ZnSe:Cr и ZnS:Cr. Разработанная в ФИАНе технология позволила его сотрудникам впервые получить лазерную генерацию на кристаллах СdS:Cr (http://iopscience.iop.org/1063-7818/38/9/L02), CdSe:Cr (http://iopscience.iop.org/1063-7818/38/3/A01), ZnS:Fe (http://iopscience.iop.org/1063-7818/41/1/A01/), ZnTe:Fe, CdSe:Fe (http://apps.webofknowledge.com/full_record.do?product=WOS&search_mode=GeneralSearch&qid=1&SID=R2Bc@MDMopDGJ7Cm356&page=1&doc=7). Также впервые была достигнута непрерывная генерация на кристаллах ZnSe:Fe (http://iopscience.iop.org/1063-7818/38/12/A06), СdS:Cr, CdSe:Cr (http://iopscience.iop.org/1063-7818/40/1/A02/). При использовании лишь четырех кристаллов CdSe:Cr, ZnSe:Fe, ZnS:Fe и CdSe:Fe была осуществлена плавная перестройка длины волны от 2 до 6 мкм. А кристалл ZnSe:Fe успешно использовался в Er:YAG и Er:YLF лазерах в качестве пассивного затвора (http://iopscience.iop.org/1063-7818/36/1/L01).
ZnSe:Fe ZnSe:Cr CdSe:Cr
АНИ «ФИАН-информ»