ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Развитие физики кристаллических лазеров (краткий очерк) из "Лазерные кристаллы" Первый оптический квантовый генератор , как известно, был создан в 1960 г. с использованием диэлектрического монокристалла рубина — кристаллической окиси алюминия, активированной трехвалентными ионами хрома. И хотя в дальнейшем появились газовые и полупроводниковые лазеры, а также генераторы на основе стекол, жидкостей и органических красителей, примесные ионные кристаллы продолжают занимать одно из ведущих мест в ряду современных перспективных лазерных активных сред. Регулярность их кристаллической структуры и необычайно широкий спектр физических параметров обеспечивают квантовым генераторам иа их основе чрезвычайно большое разнообразие свойств. Детальное и всестороннее изучение всех этих свойств, в свою очередь, позволило поставить и решать проблему направленного поиска новых генерирующих кристаллов с заданными характеристиками. [c.5] Следует отметить, что за истекшие годы квантовая электроника не только пользовалась результатами этого поиска, по и активно помогала ему. Благодаря развитию квантовой электроники возникло новое направление экспериментальных исследований — спектроскопия стимулированного излучения. Изучение спектроскопических характеристик лазерной генерации активированных соединений является важным донолиепнем к обычным люминесцентным и абсорбционным методам. Значение этих спектроскопических исследований для квантовой электроники и физики твердого тела трудно переоценить. Образно выражаясь, можно сказать, что квантовая электроника начинается за торцами лазерного кристалла. Кристалл для нее — элемент с определенными свойствами. Спектроскопия стимулированного излучения, наоборот, проникает внутрь кристалла, с тем чтобы расшифровать связь между его внутренними (структурными и прочими) свойствами и теми параметрами, которые определяют рабочие характеристики оптического квантового генератора. [c.5] Результативность направленного поиска новых лазерных соединений зависит непосредственно от объема информации, накопленной в этой области. Не удивительно поэтому, что она развивается очень быстро большинство кристаллов было исследовано в последние годы. Результаты этих работ пока существуют в основном лишь в виде оригинальных публикаций или в обзорах, в многочисленных журналах, но они еще не обобщены и не систематизированы в едином издании. Настоящая книга А. А. Калгинского является попыткой восполнить этот пробел. [c.5] Особенностью и достоинством настоящей монографии является и то, что в ней впервые систематически изложены методы и некоторые основные результаты спектроскопии стимулированного излучения активированных кристаллов. Автор книги — известный специалист в этой области. Совместно с другими советскими исследователями и самостоятельно он выполнил ряд пионерских работ в этой области, начало развитию которой в нашей стране было положено выдающимися работами академиков Н. Г. Басова и А. М. Прохорова. Нелишне здесь отметить, что А. А. Каминским был открыт и детально исследован эффект стимулированного излучения более чем у трети из известных лазерных диэлектрических кристаллов. [c.6] Предложенная в книге система классификации кристаллов оригинальна и удобна и будет оценена и потребителями лазерных кристаллов, и физиками, работающими пад свойствами и созданием новых квантовых генераторов. Высокая плотность информации в монографии была достигнута представлением больптинства данн[лх в табличном виде. Строгость в отборе важных результатов теории и заслуживающих наибольшего доверия экспериментальных работ также большой плюс книги. В предлагаемой монографии автор счел целесообразным опустить многие вопросы, касающиеся кристаллических лазеров, которые уже детально рассмотрены в отечественной и зарубежной литературе. По этой причине спектроскопические и генерационные свойства рубина, а также ряд теоретических вопросов затронуты лишь в общих чертах. [c.6] Нужно полагать, что монография будет полезна и интересна не только специалистам в области квантовой электроники, спектроскопии активированных кристаллов и кристаллографии, но и тем, кто работает в ряде смен -ных областей физики твердого тела. [c.6] Квантовая электроника берет свои истоки от работы А. Эйнштейна [II, в которой впервые была высказана мысль об индуцированном излучении. Но только благодаря известным исследованиям Н. Г. Басова и А. М. Прохорова [2], а также Ч. Таунса с сотрудниками [3], где это явление было использовано для усиления и генерации микроволновых электромагнитных колебаний, она сформировалась в самостоятельное научное направление. После того как принципы квантовой электроники усилием многих ученых были перенесены в оптический диапазон, сразу же острой стала проблема его освоения. Решение этой ван пой задачи с самого начала требовало интенсивных поисковых исследований новых генерирующих сред и улучшение известных и изыскания новых принципов получения на их основе стимулированного излучения. [c.7] Несмотря на то, что со времени создания первого оптического квантового генератора (ОКГ) прошло всего пятнадцать лет, во всех областях физики лазеров достигнуты значительные успехи. Этому прогрессу способствовали в первую очередь и сам интерес к многочисленным захватывающим проблемам квантовой электроники, и открывающиеся широкие перспективы использования ОКГ в науке и технике. Стимулирующим фактором также являлась и незримая подхлестывающая дискуссия о сравнительной перспективности тех или иных типов квантовых генераторов. На определенных этапах развития квантовой электроники предпочтение оказывалось генераторам на основе то полупроводников, то активированных кристаллов, то стекол или неорганических жидкостей. Успехи в создании мощных газовых ОКГ, а также перестраиваемых по частоте параметрических лазеров и генераторов на основе органических красителей, по-видилюму, еще долго будут находиться в центре внимания специалистов. [c.7] Наряду с такой несомиешю полезной конкуренцией в последние годы наметились и тенденции, примиряющие все эти стороны. Каждому типу ОКГ жизнь отвела определенную сферу применений и, следовательно, указала па прогрессивность такого органического их совместного развития. В настоящее время в целом ряду важнейших исследований разные типы ОКГ выступают единым фронтом. Так, в мощных лазерах для получения высокотемпературной плазмы используются кристаллы (в качестве задающего генератора) и стекла (в качестве усилительных каскадов), для возбуждения некоторых кристаллических ОКГ применяют полупроводниковые лазеры. [c.7] Предлагаемая книга посвящена спектроскопическим и генерационным свойствам активированных диэлектрических лазерных кристаллов, а также рассмотрению и систематизации новых принципов получения на их основе стимулированного излучения. В значительной мере монография базируется иа экснериментальпых работах автора. Это предопределило подход к изложению материала. При написании книги использовался опыт подготовки обзоров как по спектроскопии стимулированного излучения, так и по свойствам диэлектрических лазерных кристаллов [4—8]. [c.7] Автор с благодарностью отмечает, что первым, кто обратил его внимание на важность спектроскопии лазерного излучения активированных кристаллов, и тем определившим его научную судьбу, был академик А. М. Прохоров. С тех нор в течение вот уже почти пятнадцать лет автор работает в этой области. Он надеется, что написанная книга послужит ему своеобразным отчетом. [c.8] Наконец, автор сердечно благодарит своих ближайших коллег Г. А. Богомолову, Д. Н. Вылегжанина, Л. Ли, С. Э. Саркисова за большую помощь, оказанную ему в процессе оформления рукописи книги. [c.8] Автор надеется, что эта книга может послужить тем каркасом, который читатель смог бы заполнять с помощью дальнейшего изучения литературы, а поэтому он с благодарностью и большим вниманием отнесется ко всем замечаниям, предложениям и критике. [c.8] Проведенные в 1963 г. исследования Джонсона, Дейтца и Гугенхейма [20] показали, что в ряде кристаллов с примесью некоторых двухвалентных ионов элементов группы железа индуцированное излучение можно возбудить и на электронно-колебательных переходах. [c.10] К настоящему времени эффект стимулированного излучения обнаружен почти у 200 диэлектрических кристаллов с примесью ионов переходных элементов. Самым представительным классом этого ряда является класс оксидных лазерных кристаллов с упорядоченной структурой, в которых примесные ионы образуют в основном один тип активаторных центров (см. табл. 1.3). Если в этих средах основными генерирующими ионами являются трехвалентные редкоземельные ионы, то простые фторидные лазерные кристаллы такой избирательности не проявляют (см. табл. 1.1). Они, кроме трехвалентного иона хрома, используют все типы известных активаторных ионов. К настоящему времени количество синтезированных смешанных фторидных и оксидных разупорядоченных лазерных кристаллов приблизительно одинаково (см. табл. 1.2 и 1.4). [c.13] Как уже отмечалось, самым распространенным в лазерных кристаллах активаторным ионом является трехвалентный неодим. Он обнаруживает способность к генерации почти в восьмидесяти средах. На втором месте стоит гольмий, а далее следует эрбий и тулий. Интересным фактом является то, что из всех редкоземельных ионов только ионы тулия и диспрозия являются лазерными как в двух, так и в трехвалентном состоянии. [c.13] В завершение краткого обзора основных этапов развития физики активированных диэлектрических лазерных кристаллов и ее важнейших резу.льтатов на рис. 1.1 приведены схемы энергетических уровней (без штарковской структуры) трехвалентных редкоземельных ионов — наиболее используемых активаторов,— построенные Дики и Кросвайтом [46]. Принятое этими авторами обозначение мультиплетов будем использовать и в нашей книге. [c.15] Вернуться к основной статье