Исследование термических искажений и термо-оптических свойств лазерных активных элементов на основе кристаллов алюминатов бериллия, разупорядоченных гранатов и оксоборатов для микрочип лазеров в рамках задания 1.2.08 «Исследование физико-химических условий получения и разработка лазерных активных элементов на основе кристаллов алюминатов бериллия, редкоземельных силикатов, разупорядоченных гранатов и оксоборатов для мощных лазерных систем и микрочип-лазеров» ГПНИ «Фотоника, опто- и микроэлектроника», подпрограмма «Фотоника»

Abstract

Объектом исследования являются лазерные кристаллы моноклинных оксоборатов YCa4O(BO3)3, упорядоченных (Y3Ga5O12 и Lu3Ga5O12) и разупорядоченных (Ca3(Nb1,5Ga0,5)Ga3O12 и Ca3LixNb1.5+xGGa3,5-2xO12) гранатов, активированные ионами иттербия, и хризоберилла и гексаалюмината бериллия, активированные ионами хрома, и микрочип лазеры на их основе. Предметом исследования являются термооптические свойства данных кристаллов, параметры термической линзы в лазерных элементах на их основе и выходные характеристики микрочип лазеров на основе данных кристаллов. Цель НИР – исследование анизотропии термооптических свойств (температурных коэффициентов показателя преломления, термической линзы) для кристаллов моноклинных оксоборатов и разупорядоченных гранатов, активированных ионами иттербия, хризоберилла и гексаалюмината бериллия, активированные ионами хрома, и разработка на основе данных кристаллов активных элементов, обладающих низкими термооптическими искажениями, возникающими в процессе генерации, для микрочип лазеров, обеспечивающих высокую эффективность генерации. В результате выполнения НИР показано, что использование Z-вырезки кристалла оксобората Yb:YCa4O(BO3)3 является наиболее перспективным для микрочип лазеров на данном кристалле с мультиваттной выходной мощностью, поскольку она характеризуется слабой положительной термической линзой с низким астигматизмом (достигнута выходная мощность >8 Вт при дифференциальном к.п.д. ~70%. Показано, что, по сравнению с кристаллом иттрий-алюминиевого граната, кристаллы гранатов Yb:Y3Ga5O12 и Yb:Lu3Ga5O12, имеющие более низкий коэффициент теплопроводности, характеризуются сравнимым по величине параметром термооптического качества, что делает их перспективными активными средами для эффективных микрочип лазеров. Показано, что при низких уровнях накачки микрочип лазеров на основе кристаллов гранатов Yb:Y3Ga5O12, Yb:Lu3Ga5O12, Yb:Ca3(Nb1,5Ga0,5)Ga3O12 и Ca3LiyNb1.5+yGa3.5–2yO12 предпочтительнее использовать более коротковолновое излучение (0,93 мкм), а при высоких уровнях накачки – более длинноволновое (0,97 мкм). Для микрочип лазеров на основе кристаллов Yb:Y3Ga5O12 и Yb: Lu3Ga5O12 достигнуты выходная мощность излучения ~9 Вт на длине волны генерации ~1,04 мкм, дифференциальная эффективность генерации 75% и оптический к.п.д. ~63%. Установлено, что для кристалла александрита главные значения dn/dT положительны при существенной поляризационной анизотропии, а активные элементы из данного кристалла имеют положительную термическую линзу с низким астигматизмом (~27%) и характеризуются достаточно низкими коэффициентами чувствительности к термической линзе, что делает кристалл александрита перспективным для использования в лазерах микрочип конфигурации. Для кристалла гексаалюмината берилия, активированного трехвалентными ионами хрома, определены главные коэффициенты линейного теплового расширения в широком диапазоне температур и температурные коэффициенты главных показателей преломления для различных поляризаций света на длине волны 632,8 нм. Установлено, что температурные коэффициент главных показателей преломления dn/dT положительны для поляризаций света и наблюдается их существанная поляризационная анизотропия при выполнении соотношения (dn/dT)p > (dn/dT)m > dn/dT)g.