Préparation de matières premières Nd:YLF par fusion et étude de leur croissance cristalline et de leurs propriétés - 05

2 Résultats et discussion

La section efficace d'absorption est un paramètre important pour le pompage optique des cristaux laser. La formule de calcul est la suivante :p_abdos =un_(je)/N, oùNest la concentration de Nd³⁺dans le cristal (le nombre d'ions par unité de volume), qui est de 1,78 × 10²⁰ cm^-3, etun_(je)est le coefficient d'absorption, qui peut être calculé par la formule (3) :

un_(je) = A.303LJ (1/T)/d    (3)

Dans la formule,dest l'épaisseur du cristal dans la direction de transmission de la lumière (cm),Test la transmittance et le coefficient d'absorption dans la direction a est calculé à 5,99 cm^-1(797,4 nm) et le coefficient d'absorption dans la direction c est de 9,77 cm^-1(792,3 nm). Par conséquent, leurs sections efficaces d'absorption sont de 3,37 × 10^-20 cm²et 5,49×10^-20 cm² respectivement.

La figure 9 montre le spectre d'émission de Nd:YLF(www.wisoptic.com)Le cristal est soumis à une excitation à 808 nm, et les transitions de niveaux d'énergie correspondant aux bandes d'émission sont présentées sur la figure. On observe que les bandes d'émission du cristal sont principalement concentrées en trois bandes, proches de 0,9. µm, 1,05 µm et 1,3 µm, correspondant à la⁴F_3/2→⁴je_9/2,⁴F_3/2→⁴je_11/2 et⁴F_3/2→⁴je_13/2transitions de Nd³⁺, respectivement. Il y a de forts pics d'émission à 1047 nm et 1053 nm près de 1,05 µm, et le pic d'émission le plus fort se situe à 1047 nm.

Figue.9 Spectre d'émission du cristal Nd:YLF excité à 808 nm

La figure 10 montre la courbe de décroissance de fluorescence mesurée du cristal Nd:YLF. La durée de vie de fluorescence est de 483 μs après ajustement avec une seule équation exponentielle. Sa durée de vie est environ deux fois supérieure à celle du Nd:YAG, ce qui facilite l'obtention d'une sortie laser pulsée à haute énergie.

Figue.10 Courbe de décroissance fluorescente du cristal Nd:YLF à 1047 nm

La section efficace d'émission stimulée (p_em) est un paramètre essentiel pour l'évaluation des matériaux laser et la conception des dispositifs laser.p_em du pic d'émission Nd:YLF peut être directement estimé à partir du spectre d'émission selon la formule (4) :

Où un_(je)représente la section efficace d'émission stimulée à la longueur d'ondeje,jeest la longueur d'onde centrale de la bande d'émission,cest la vitesse de la lumière (c=3×10⁸MS),n est l'indice de réfraction du cristal,t_mest la durée de vie de la fluorescence, Δnest la largeur à mi-hauteur du pic d'émission (cm^-1),best le rapport de ramification de fluorescence de la transition de niveau d'énergie de longueur d'onde correspondante du Nd³⁺ion luminescent dans le cristal, et lebvaleur correspondant à la⁴F_3/2→⁴je_11/2La transition à 1047 nm et 1053 nm est de 0,18. Par conséquent, les sections efficaces d'émission à 1047 nm et 1053 nm sont calculées à 1,598 × 10^-19 cm²et 1,358×10^-19 cm², respectivement. On peut constater que les sections efficaces d'émission de ces transitions sont relativement grandes, ce qui est à peu près le même que les sections efficaces d'émission de Nd³⁺-YAG dopé (1,422×10^-19 cm²) et YVO₄(1,37 × 10^-19 cm²) cristaux. Étant donné que le produit de la durée de vie de fluorescence et de la section efficace d'émission stimulée est inversement proportionnel au seuil d'oscillation du laser, le Nd:YLF présente un seuil laser inférieur à celui des lasers Nd:YAG.

3 Conclusion

Dans cette étude, un dispositif de fusion quasi fermé a été utilisé. Les matières premières ont été entièrement fondues et les matières flottantes ont été entièrement récupérées à une température supérieure au point de fusion du cristal YLF, afin d'obtenir des matières premières de croissance polycristallines Nd:YLF de haute pureté. À partir des matières premières préparées par fusion, un cristal complet de Nd:YLF de dimensions ϕ35 mm × 140 mm a été obtenu par tirage sous atmosphère d'argon de haute pureté. La largeur du demi-pic XRC du cristal n'était que de 0,007°, ce qui indique une bonne qualité cristalline. Le coefficient de ségrégation du Nd³⁺Le coefficient d'absorption du cristal Nd:YLF est de 0,3, ce qui permet d'obtenir un dopage à haute concentration et d'améliorer l'efficacité du laser. Pour différentes directions du cristal, les pics d'absorption les plus forts sont légèrement différents : 797,4 nm (direction a) et 792,3 nm (direction c), respectivement, avec des coefficients d'absorption de 5,99 cm.^-1et 9,77 cm^-1, respectivement, et des sections efficaces d'absorption de 3,37×10^-20 cm²et 5,49×10^-20 cm², respectivement. Le pic d'émission le plus fort est situé à 1047 nm, la section efficace d'émission est de 1,598 × 10^-19cm2, et la durée de vie de fluorescence est de 483 μs. Les résultats expérimentaux montrent que la matière première polycristalline Nd:YLF préparée par la méthode de fusion a une pureté de phase cristalline élevée, ce qui peut réduire considérablement la formation d'oxydes de fluorure pendant la croissance cristalline, répondre aux exigences de la croissance cristalline dans une atmosphère d'Ar et fournir une nouvelle approche technique pour la croissance de cristaux de la série YLF de haute qualité et à faible coût.