Synthesis of optical Nd:(Y,Gd)₂O₃ ceramic and investigation of its spectroscopic characteristics.pdf Введение В настоящее время твердотельные лазеры, генерирующие излучение в области 1 мкм на оптических переходах иона Nd3+, находят применение в медицине и материаловедении, а также в масштабных научных проектах для осуществления инерциального термоядерного синтеза [1-3]. Дальнейшее развитие Nd3+-лазеров связано с уширением полос люминесценции, поскольку в режиме синхронизации мод длительность импульса обратно пропорциональна спектральной ширине генерационного перехода. В силикатных и алюминатных стеклах ширина полосы люминесценции ионов Nd3+ может достигать 50 нм, однако низкая теплопроводность данных матриц не позволяет увеличить частоту следования импульсов. Активные среды на основе Y3Al5O12 (YAG) и YVO4, используемые в коммерческих лазерах, обладают высокими значениями сечений стимулированного излучения и теплопроводности, но узкие структурированные линии осложняют получение ультракоротких импульсов. Кроме того, ввиду резкого несоответствия ионных радиусов и атомных масс активатора и замещаемого катиона матрицы (Y3+) коэффициент сегрегации Nd3+ в структуре YAG составляет всего 0.18, что приводит к неоднородному распределению активирующей примеси при ее содержании >2 ат.% [4, 5]. Преодоление данной трудности представляется возможным посредством введения активных центров Nd3+ в матрицу с близким ионным радиусом замещаемого катиона. Известно, что среди полуторных оксидов, обладающих кубической кристаллической решеткой, структурные характеристики Nd2O3 наиболее близки к Gd2O3 [6, 7], что предопределяет возможность формирования более однородного распределения концентрации без существенного ухудшения оптических и люминесцентных свойств. Однако полиморфное фазовое превращение Gd2O3 из кубической в моноклинную модификацию при температурах выше 1300 °С [8] делает невозможным выращивание кристаллов из расплава и спекание оптических керамик с помощью традиционных методов. Одним из вариантов получения прозрачной керамики на основе Gd2O3 является стабилизация кубической структуры за счет замещения части катионов Gd3+ другими изо- и гетеровалентными катионами, что, в свою очередь, дает возможность повысить температуру и достичь высокой плотности материала при спекании в отсутствие внешнего давления [9, 10]. Такой подход также является интересным с точки зрения уширения спектральных полос люминесценции активатора вследствие разупорядочения кристаллической решетки, что важно для сокращения длительности лазерных импульсов. Достижение высокого оптического качества керамик может быть обеспечено путем использования нанопорошков с высокой однородностью распределения компонентов, с узким распределением по размерам и слабой степенью агломерации частиц. Одним из перспективных методов синтеза данных нанопорошков является лазерная абляция мишени, которая заключается в испарении твердой смеси сложного состава лазерным излучением с последующей конденсацией паров в потоке несущего газа. При этом размеры наночастиц могут быть достаточно малы, ~ 10 нм, что обусловлено малым временем их кристаллизации в течение

Скачать электронную версию публикации