ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Нелинейные свойства и лучевая прочность неодимовых стекол из "Лазеры на неодимовом стекле " На процессы поглощения и излучения света ионами N(1= -+ в ряде случаев существенное влияние оказывает их взаимодействие, приводящее к безызлучательной передаче энергии возбуждения от одних ионов (доноров) к другим (акцепторам) — миграции, если речь идет об одноименных ионах, или тушению в случае ионов различной природы. Взаимодействие между ионами обычно незначительно нри низких их концентрациях (Л о Ю см-- ) и становится заметным при высоких (Л о Ю см ). [c.37] Передача энергии электронного возбуждения на другие центры с потерей ее (тушение) уменьшает квантовый выход люминесценции доноров и одновременно сокращает время затухания их люминесценции, так как является дополнительным каналом потерь энергии метастабильного состояния. Процессы безызлучательной передачи влияют на энергетические параметры лазеров тушение — прямым образом, а миграция, как мы увидим пиже, косвенно. Особенно существенными процессы тушения и миграции становятся в стеклах с высокой концентрацией ионов Ыс1 . [c.38] Основы теории безызлучательной передачи энергии возбуждения были заложены еще в работах Ферстера [73] и Декстера [74]. Современное ее состояние обязано обширным исследованиям, проведенным за последние 15—20 лет (см., папример, [75—82]). [c.38] Обратимся к рассмотрению процессов, обусловленных взаимодействием оптических центров в стеклах, активированных ионами Наиболее важными процессами такого рода в них являются кросс-релаксационное тушение люминесценции ионов N(1 + и тушение па валентных колебаниях гидроксильных групп ОН. Отметим при этом роль миграции энергии возбуждения между ионами N(1 . Сама по себе она не снижает квантового выхода люминесценции ионов Nd однако способствует доставке энергии электронного возбуждения к тушащим центрам. [c.41] Очевидно, что одним из необходимых условий снижения концентрационного тушения люминесценции ионов N(1 + в стекле является подбор такой матрицы, в которой кросс-релаксационные процессы имеют нерезонансный характер. Этому требованию соответствуют прежде всего стекла фосфатной основы. [c.42] Другое условие снижения тушения при высоких концентрациях ионов N(1= + заключается в подборе состава стекол с наибольшим возможным расстоянием в парах N(1—N(1. Это условие прямо следует из с юрмулы (1.26), описывающей вероятность тушения в условиях сверхбыстрой миграции энергии возбуждения. [c.42] Спектры люминесценции ионов N(1 + в стеклах на переходах 13/2 (1,29—1,42 мкм) и 3/2— 15/2 (1,71—2,07 мкм) полностью перекрываются со спектрами поглощения групп ОН, как это видно из рис. 1.5, на котором заштрихованы области частот, соответствующих этим полосам люминесценции ионов N(1 +. Излу-чательная вероятность перехода / 3/2— - 16/2 на порядок меньше, чем для перехода 3/2— /13/2 (см. табл. 1.4), однако поглощение групп ОН в полосе 1,8 мкм заметно превосходит поглощение в полосе 1,44 мкм (табл. 1.9). [c.43] Данные рис. 1.6 дают хорошую возможность разделить вероятности тушения уровня з/2 ионов Мс1 + по кросс-релаксациопной схеме и за счет взаимодействия с гидроксильными группами и сравнить их эффективность при различных концентрациях ионов Мс1 +. Это сделано на рис. 1.7. Кривая 1 характеризует вероятность кросс-релаксационного тушения в полностью обезвоженных стеклах ( он =0). Кривые 2—4, построенные как разность значений вероятностей т 2=/( он) при он, равных 0 5 10 и 20 см для каждой фиксированной концентрации ионов N(1 +, характеризуют только вероятность тушения группами ОН. Для вероятности кросс-релаксационного тушения зависимость от концентрации ионов Мс1 имеет квадратичный характер, что соответствует предсказанию теории для миграционно-ограниченного донорно-акцеп-торного взаимодействия N(1—N(1 (с.м. формулу (1.29)). [c.45] В неодимовых стеклах все предприиимавишеся до сих пор попытки сенсибилизации ионов неодима не привели к заметному успеху. В частности, предложенный в свое время в качестве сенсибилизатора ион уранила и01+ [96, 97] не оправдал надежд из-за сильного широкополосного наведенного поглощения в этих ионах [981. Не эффективным оказалось использование как сенсибилизаторов и ионов Сг- + [99] из-за сильного концентрационного тушения последних при комнатной температуре и заметной обратной передачи энергии от ионов к ионам Сг + [100]. [c.46] ЧТО обычно наблюдается при малом энергетическом зазоре от -то уровня до ближайшего к нему нижележащего уровня, измеряемое время жизпи -го уровня полностью определяется скоростью МБР. Для процессов МБР в стеклах характерны довольно высокие скорости (типичные времена порядка 10 —10 с) и разброс этих скоростей из-за местных вариаций энергетических зазоров и сил связи ионов с решеткой. [c.47] Согласно первому подходу, МБР между электронными уровнями РЗ-ионов обусловлен модуляцией внутреннего поля иона колебаниями решетки. Безызлучательные переходы могут быть однофонон-пыми и многофононными. [c.47] Процессы, протекающие с участием большого числа фононов, являются менее вероятными, чем однофононные. Поэтому для процессов МБР наиболее важны фононы с максимальной частотой для данной среды как обеспечивающие максимальную вероятность процесса релаксации. [c.47] Некоторый вклад в температурную зависимость скорости МБР дает также учет температурного заселения штарковых компонент рассматриваемых мультиплетов, но этот вклад мал по сравнению с приведенной зависимостью. [c.48] Действительно, энергетический зазор / ./2— /15 2 ионов составляет в этих стеклах приблизительно 4900 см , и для его перекрытия требуется не более 4 фоно-ноБ, тогда как в стеклах других основ порядок МБР на этом переходе оказывается выи е. [c.49] Разного сорта эффекты, обусловленные нелинейностью показателя преломления стекла, начинают обычно сказываться при интенсивностях 10 Вт/см . Среди этих эффектов наиболее существенным для нас является эффект самофокусировки, основные особенности которого и влияние его на характеристики излучения рассмотрены в гл. 5 и 6. Здесь лишь отметим, что следствием самофокусировки могут быть изменения пространственных, временных и спектральных характеристик излучения, а также разрушения среды. [c.50] Основным физическим механизмом, определяющим значение п.2 в стеклах, является нелинейная электронная поляризуемость [107]. Она обусловлена оптически наведенной деформацией электронных оболочек атомов и имеет короткое характеристическое время установления порядка 10-1 с. Электронная поляризуемость вносит доминирующий вклад в общее значение п.2 стекол — 80—85 % для импульсов света короче 10- —10- с. Из других механизмов, при определенных условиях также вносящих вклад в значение Лг стекол, отметим электрострикцию, тепловую нелинейность, а также ориентационную (керровскую) и ядерную поляризуемости. Изменение 2 под действием электрострикции связано с изменением плотности среды под влиянием давления, возникающего в интенсивной световой волне и пропорционального Е . Скорость этих изменений определяется скоростью распространения звука в среде, т. е. временами порядка 10 —10 с для /л О, 1—1 см. [c.50] Вернуться к основной статье