Исследование спектрально-люминесцентных свойств лазерных сред на основе кристаллов двойных молибдатов с ионами эрбия, иттербия, европия и тулия
- Руководитель: Федоров Анатолий Валентинович
Грант РФФИ 19-32-90199.
Ответственный исполнитель: Анна Андреевнв Волокитина.
Проект посвящен исследованию спектрально-люминесцентных свойств кристаллов двойных молибдатов KY(MoO4)2, активированных трёхвалентными ионами редких земель (Er3+, Yb3+, Eu3+, Tm3+). На сегодняшний день относительно немного публикаций посвящено детальному исследованию спектроскопических свойств таких кристаллов с точки зрения их применения в качестве активных лазерных сред. Ранее было показано, что подобные кристаллы позволяют добиться высоких концентраций примесных ионов, обладают большими значениями поперечных сечений поглощения и вынужденного испускания и обеспечивают высокую анизотропию спектрально-люминесцентных свойств ионов активаторов в поляризованном свете, что необходимо для реализации лазерной генерации. Благодаря структурным особенностям кристаллов двойных молибдатов, они привлекательны для изготовления тонкоплёночных лазеров.
В рамках настоящего проекта планируется проведение комплекса исследований спектрально-люминесцентных свойств новых кристаллов, активированных редкоземельными ионами. Это позволит определить основные спектроскопические характеристики, необходимых для получения эффективной лазерной генерации.
На первом этапе выполнения проекта получены следующие основные результаты:
Проведено комплексное исследование анизотропии спектрально-люминесцентных и генерационных свойств кристалла Tm:KY(MoO4)2 в поляризованном свете. Исследованы спектры комбинационного рассеяния света. Рассчитаны сечения поглощения, вынужденной люминесценции и усиления активной среды. Максимум поперечного сечения вынужденного испускания для перехода 3F4 → 3H6 составил 2.70×10-20 см2 на длине волны 1856 нм. Время жизни 3F4 уровня – 2.29 мс. Впервые была получена непрерывная лазерная генерация на тонких плёнках и пластинках кристалла Tm:KY(MoO4)2. Максимальная достигнутая выходная мощность - 0.88 Вт на длине волны 1.9 мкм при дифференциальном КПД 65.8%. Также в рамках исследования было проведено исследование кристалла Yb:KY(MoO4)2. Максимальное значение поперечного сечения вынужденного испускания ионов Yb3+ составляет 3.70×10-20 см2 на длине волны 1008 нм, полуширина 37 нм для поляризации E ? b. Впервые проведено исследование микрочип-конфигурации резонатора на данном кристалле и получена выходная мощность 0.81 Вт на 1021-1044 нм с дифференциальным КПД 76.4%.
Результаты опубликованы в следующих работах:
1. Volokitina A.A., Loiko P., Pavlyuk A., Serres J.M., Slimi S., Salem E., Sole R., Baranov M.A., Kifle E., Aguilo M., Diaz F., Griebner U., Petrov V., Mateos X. Efficient laser operation in cleaved single-crystal plates of Yb:KY(MoO4)2: A novel molybdate compound // Proceedings of SPIE - 2020, Vol. 11357, pp. 113571T.
2. Volokitina A.A., Loiko P.A., Pavlyuk A.A., Slimi S., Sole R., Salem E., Kifle E., Serres J.M., Griebner U., Petrov V., Aguilo M., Diaz F., Mateos X. Laser operation of cleaved single-crystal plates and films of Tm:KY(MoO4)2 // Optics express - 2020, Vol. 28, No. 7, pp. 9039-9048.