Применение методов Фюхтбауэра-Ладенбурга и соответствия для определения спектров сечений стимулированного испускания неодимовых лазерных сред

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Физика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 535. 37
Применение методов Фюхтбауэра-Ладенбурга и соответствия для определения спектров сечений стимулированного испускания неодимовых лазерных сред
Демеш М. П. 1, Гусакова Н. В. 1, Ясюкевич А. С. 1, Кулешов Н. В. 1, Григорьев С. В. 1, Крот Ю. А. 2, Космына М. Б. 3, Шеховцов А. Н. 3
1Белорусский национальный технический университет, пр. Независимости, 65, 220 013, г. Минск, Беларусь
2Институт прикладных физических проблем им. А. Н. Севченко Белорусского государственного университета, ул. Курчатова, 7, 220 045, г. Минск, Беларусь 3Институт монокристаллов НАН Украины, пр. Ленина, 60, 61 001, г. Харьков, Украина
Поступила 09. 06. 2015 Принята к печати 23. 10. 2015
Для создания лазеров, генерирующих импульсы ультракороткой длительности, представляют большой интерес лазерные материалы с широкими полосами усиления. В этой связи значительный интерес представляют структурно разупорядоченные материалы, в частности новые кристаллические среды, принадлежащие тригональной сингонии Ш3+: Са10К (У04)7 (Ш: СКУ) Ш3+: Са9Ьа (У04)7 (Ш: ^аУ) и Ш3+: Са10ЩУ04)7 (Nd: CLiV). В данной работе формула Фюхтбауэра-Ладенбурга и интегральный метод соответствия применены для определения спектров сечений стимулированного испускания указанных
выше кристаллов на переходах 43/2 ^ А19№ 43/2 ^ Чц^ и * 4113/2 иона неодима. Максимальные
пиковые значения сечений стимулированного испускания и наибольшие спектральные ширины полос в области 1,07 мкм составляют 9,33 10−20 см2 (о-поляризация, Nd: CKV) и 30 нм (п-поляризация, Nd: CKV), в области 1,35 мкм — 1,55 10−20 см2 и 50 нм (п-поляризация, Nd: CKV). Полосы стимулированного испускания, а следовательно, и усиления в областях спектра 1,07 и 1,35 мкм являются гладкими и бесструктурными с ширинами, позволяющими получать ультракороткие импульсы света с длительностью ~ 60фс (1,07 мкм), ~ 45фс (1,35 мкм) в лазерах на исследованных лазерных средах, работающих в режиме синхронизации мод.
Ключевые слова: двойной ортованадат, коэффициент ветвления люминесценции, сечение стимулированного испускания, формула Фюхтбауэра-Ладенбурга, интегральный метод соответствия.
Адрес для переписки:
Ясюкевич А. С.
Белорусский национальный технический университет, пр. Независимости, 65, 220 013, г. Минск, Беларусь e-mail: anatol@bntu. by
Address for correspondence:
Yasukevich A.S.
Belarusian National Technical University, Nezavisimosty Ave., 65, 220 013, Minsk, Belarus e-mail: anatol@bntu. by
Для цитирования:
Демеш М. П., Гусакова Н. В., Ясюкевич А. С., Кулешов Н. В., Григорьев С. В., Крот Ю. А., Космына М. Б., Шеховцов А. Н. Применение методов Фюхтбауэра-Ладенбурга и соответствия для определения спектров сечений стимулированного испускания неодимовых лазерных сред Приборы и методы измерений 2015. — Т. 6, № 2. — С. 211−219
For citation:
DemeshM.P., GusakovaN.V., YasukevichA.S., KuleshovN.V., Grigor'-ev S.V., Krot Y.A., Kosmyna M. B., Shekchotsov A.N. Application of Fuchtbauer-Ladenburg equation and reciprocity method for determination of emission cross sections of Nd-doped laser media
Devices and Methods of Measurements 2015, vol. 6, No. 2, pp. 211−219
Введение
Кристаллы ванадатов, относящиеся к тетрагональной сингонии с общей формулой КЕУ04 (где ЯЕ = Y, Gd, Lu), активированные ионами редкоземельных элементов (№ 3+, Yb3+, Тт3+ и др.), широко используются как активные материалы в лазерах с диодной накачкой [1−3]. Кристаллы твердых растворов ванадатов состава GdxY1 ХУ04 и Са9Х (У04}7 (X = La3+, Y3+, Gd3+, Lu3+, ВР+) [4Х, 5] с ионами РЗЭ привлекательны как активные среды для получения импульсов ультракороткой длительности, что связано с уширением их полос усиления.
В работе [6] представлены результаты исследований спектрально-люминесцентных характеристик новых соединений № 3+: Са10К (УО4)7 Ш3+: Са9Ьа (У04)7 и Ш3+: Са10ЩУО4)7 с кристаллической структурой, принадлежащей тригональной сингонии.
Целью данной работы являлось экспериментальное определение коэффициентов ветвления и расчет спектров сечений стимулированного испускания на переходах 4FШ ^ 4!9/2, ^ 4! Ш2, и 4F3/2 ^ 4I13/2 ионов неодима в кристаллах №: СКУ, Ш:аУ и Nd: CLiV по формуле Фюхтбауэра-Ла-денбурга (ФЛ). Для расчетов спектров сечений на переходе ^ 4I9/2 был дополнительно применен интегральный метод соответствия.
Определение спектральной чувствительности люминесцентной установки
Спектральная чувствительность регистрирующей части люминесцентной установки может быть найдена несколькими методами [7]: метод флуоресцирующего раствора, метод отражения света источника возбуждения, метод эталонной лампы. Последний метод наиболее часто применяется на практике. В качестве эталонной лампы могут быть использованы светоизмерительные лампы типа СИРШ, СИП и другие, с ленточным телом накала. Такие лампы являются источником света с известным распределением яркости излучения по спектру в абсолютных единицах. Для целей люминесцентных измерений более удобными являются калибровочные галогеновые источники света, позволяющие получить относительное распределение яркости в видимой и ближней инфракрасной областях спектра.
Калибровка регистрирующей части люминесцентной установки на спектральную чувствительность разбивается на два этапа: определение
относительной спектральной плотности энергетической яркости (СПЭЯ) эталонной галогеновой лампы, которая пропорциональна спектральной плотности мощности излучения лампы Рнь (к), и непосредственно определение спектральной чувствительности люминесцентной установки с использованием откалиброванной галогеновой лампы. Отметим, что говоря о спектральной мощности излучения лампы или люминесценции, мы будем иметь в виду только ее относительное распределение в спектре.
Калибровка спектра галогеновой лампы проводилась методом компарирования со спектром рабочего эталона (РЭ), который представляет собой ленточную лампу накаливания с сертификатом калибровки по СПЭЯ. Метод компарирования заключается в том, что в исследуемом спектральном диапазоне непосредственным образом измеряются величины сигналов от фотоприемников для РЭ и галогеновой лампы, и по известному спектру РЭ определяется СПЭЯ галогеновой лампы. Для сравнения сигналов от двух источников света использовался монохроматор МДР-23 с охлаждаемыми приемниками излучения ИашашМзи 5 7031−10 065 и а9208−256Ж на области спектра 350−1000 нм и 1000−2500 нм соответственно. Для работы в спектральном диапазоне 350−2500 нм используются три дифракционные решетки с числом штрихов на миллиметр 1200, 600 и 300. Для устранения переналожения порядков дифракции применялась предварительная спектральная селекция при помощи полосовых фильтров, установленных перед входной щелью монохроматора.
При проведении измерений соблюдалась идентичность геометрических условий ввода излучения в монохроматор от обоих источников света. Излучение Р Э и галогеновой лампы подавалось на входную щель монохроматора с помощью зеркального коллиматора. Изображение тела накала источника света переносилось на щель монохро-матора в масштабе 1:1. При измерениях контролировалась величина и однородность заполнения излучением дифракционной решетки монохромато-ра. Полученная относительная СПЭЯ галогеновой лампы показана на рисунке 1.
Калибровка люминесцентной установки на спектральную чувствительность по галогеновой лампе с известной СПЭЯ проводилась в трех спектральных диапазонах 400−900нм, 850−1800нм, 1700−2500нм для поляризации света, параллельной входной спектральной щели монохроматора МДР 23, перпендикулярно ей и для неполяризо-
ванного света. Для устранения переналожения порядков дифракции применялась предварительная спектральная селекция при помощи полосовых фильтров, установленных перед входной щелью монохроматора. Схема люминесцентной установки представлена на рисунке 2.
где 8(К) есть спектральная чувствительность регистрирующей части люминесцентной установки в относительных единицах. При регистрации спектра и (Х) наблюдались провалы в областях 1345−1485 нм и 1800−1975 нм, обусловленные поглощением паров воды, присутствующих в воздухе [8]. Кривые $(Х) в этих областях исправлялись на спектр поглощения паров воды при помощи сплайн функций 3-го порядка. На рисунке 3 приведен вид $(Х) для спектрального диапазона 8 501 800 нм, в котором расположены интересующие нас линии в спектре люминесценции ионов Nd3+.
Рисунок 1 — Спектральная плотность энергетической яркости галогеновой лампы
Figure 1 — Spectral brightness of the halogen lamp
Рисунок 2 — Схема люминесцентной установки: 1 — источник излучения возбуждения (лазерный диод, длина волны излучения — 802 нм) — 2 — исследуемый образец- 3 — монохроматор МДР-23- 4 — фазовый синхронный усилитель SR830- 5 — фотоприемник- 6 — блок управления монохроматором- 7 — компьютер- 8 — механический модулятор- 9 — фокусирующие объективы
Figure 2 — Setup for luminescence measurements: 1 -excitation source (laser diode, X = 802 nm) — 2 — sample- 3 — monochromator MDR-23- 4 — lock-in amplifier SR830- 5 — photodetector, 6 — control unit of the monochromator- 7 — PC- 8 — chopper- 9 — lenses
В процессе калибровки регистрировался спектр излучения галогеновой лампы U (X) в соответствующем спектральном диапазоне в относительных единицах как функция длины волны света. Связь между зарегистрированным спектром U (X) и PHL (X) определяется как
Рисунок 3 — Калибровочные кривые в спектральном диапазоне 850−1800 нм для поляризации света параллельно (1) и перпендикулярно (2) входной щели моно-хроматора и для неполяризованного света (3)
Figure 3 — Calibration curves in the spectral range of 850−1800 nm for light polarization parallel to (1) and perpendicular to (2) the entrance slit of the monochromator and for unpolarized light (3)
В качестве примера для кристалла Nd3+: Ca9La (VO4)7 на рисунке 4 представлены спектры люминесценции для п- и о-поляризации до и после корректировки на спектральную чувствительность установки.
Определение спектров стимулированного испускания
Спектры люминесценции в поляризованном свете зарегистрированы для переходов ионов неодима 4 °F ^ 4I 4 °F ^ 4I
а 3/2 9/2'- 3/2 11/2'-
и ^ 4i
3/2 13/2
при возбуждении уровня 45/2. Люминесценция в области 1860 нм, соответствующая переходу
4F
4L.
U (X) = SO) PHrn,
(1)
3/2 -м5/2 [9], в наших экспериментах не наблюдалась. Измеренные спектры люминесценции иЫт корректировались на спектральную чувствительность установки и были получены спектры мощ-
ности люминесценции PJum (k) в относительных единицах:
Plum (^'-) U'-lum/
lunm:
(2)
По этим спектрам определены коэффициенты ветвления люминесценции Р. при переходах с уровня 4К/2 по формуле:

щ (X)d X
(3)
где Р'-а (X) — спектральная плотность мощности люминесценции, соответствующая одной из линий в спектре люминесценции Р1ит0*) при переходе с уровня 43/ Индекс. соответствует начальному состоянию перехода — 43/2. Индексы / и к обозначают конечное состояние перехода — 41, 41 ш и
4113/2, индекс, а — состояние поляризации излучения люминесценции.
В таблице 1 представлены полученные результаты в сравнении с теоретически рассчитанными в работе [6]. Для кристалла в данной ра-
боте нами проведены расчеты по теории Джадда-Офельта [10−11], которые уточняют данные из [6]. Исследуемые кристаллы кальциевых ванадатов являются оптически одноосными. Поэтому для сравнения экспериментальных данных с результатами теоретического расчета использовались средние значения коэффициентов ветвления в соответствии с выражением вji = (РП + 2Р°) / 3. Здесь индексы п и о обозначают коэффициенты ветвления, определенные из спектров люминесценции в поляризованном свете, зарегистрированных для поляризации параллельно и перпендикулярно оптической оси кристаллов соответственно.
7000, ч 1
а& gt-
I. 6000
900 1000 1100 1330 1400 Длина волны, нм / Wavelength, rim
10 000
8000
6000
4000
2000
900 1000 1100 1330 1400
Длина волны, нм / Wavelength, nm
Рисунок 4 — Спектр люминесценции для п (1) и с (2) поляризации Nd3+: Ca9La (VO4)7 до (серая линия) и после коррекции (черная линия) на спектральную чувствительность люминесцентной установки
Figure 4 — Luminescence spectra for п (1) и с (2) polarizations of Nd3+: Ca9La (VO4)7 crystal before (gray line) and after (black line) spectral correction
Таблица 1 / Table 1
Коэффициенты ветвления люминесценции при переходах с уровня 4F3/2 Branching ratios for the 4F3/2 manifold
Диапазон Nd: CLiV Nd: CKV Nd: CLaV
Переход Transition длин волн, нм Wavelength range, nm P 1 exp в calc P exp в calc P exp в calc
4 °F ^ 4I 3/2 9/2 850−1000 0,47 0,47 0,45 0,44 0,47 0,46
4 °F ^ 4I 3/2 11/2 1020−1150 0,46 0,45 0,48 0,49 0,46 0,45
4 °F ^ 4I 3/2 13/2 1280−1460 0,07 0,08 0,07 0,07 0,07 0,08
т «мкс rad 140 92 125
Как видно из таблицы 1, для всех кристаллов где с — скорость света в вакууме- п — показатель
наблюдается хорошее согласие теоретических и преломления среды- тгаа — радиационное время
экспериментальных результатов, различие между жизни верхнего лазерного уровня- gc'-ji ((k} - фор-
которыми составляет не более 14%. ма спектральной линии:
Откорректированные спектры люминесцен- 3ХРа (X)
ции использованы для расчета спектров сечений g'-1.i (X) =-7 -. (5)
стимулированного испускания (СИ) по ФЛ [12]. ] [2р (х) + Рц (х)]х^х
X
4
8ncn г.
g& quot-, (X),
На рисунке 5 представлены спектры сечений
(4)
СИ, рассчитанные по ФЛ для переходов диапазонов спектра 1020−1140 нм и 1280−1460 нм.
1040 1060 1080 1100 1120
Длина волны, нм / Wavelength, nm
1300 1320 1340 1360 1380 1400 1420 1440 1460
Длина волны, нм / Wavelength, nm
1040 1060 1080 1100 1120
Длина волны, нм / Wavelength, nm
1300 1320 1340 1360 1380 1400 1420 1440 1460
Длина волны, нм / Wavelength, nm
0,64 0,56 0,48 0,40 0,320,24 0,16 0,08
1040 1060 1080 1100 1120
Длина волны, нм / Wavelength, nm
0,00
1280 1300 1320 1340 1360 1380 1400 1420 1440 1460
Длина волны, нм / Wavelength, nm
Рисунок 5 — Спектры поперечных сечений стимулированного испускания кристаллов, рассчитанные по формуле Фюхтбауэра-Ладенбурга: серые линии — п-поляризация- черные линии — о-поляризация- 1 — Nd3+: Ca10Li (VO4)7- 2 -Nd3+: Cai0K (VO4)7- 3 — Ntf+^L^VO^
Figure 5 — Emission cross sections spectra calculated by Fuchtbauer-Ladenburg equation: gray line — п-polarization- black line — o-polarization- 1 — Nd3+: Ca10Li (VO4)7- 2 — Nd3+: Ca10K (VO4)7- 3 — Nd3+: Ca9La (VO4)7
Таблица 2 / Table 2
Поперечное сечения стимулированного испускания о *1020 (см2) и ширина полосы (нм) Emission cross sections о *1020 (ст2) and FWHM (nm)
Длина волны, мкм Nd: CLiV Nd: CKV Nd: CLaV
Wavelength, цт о п о п о п
~0,98 3,7 (9) 2,17 (43) 3,2 (6) 1,38 (40) 3,06 3,06 (7) (40)
~1,07 6,44 (19) 4,78 (28) 9,33 (19) 7,17 (30) 4,02 2,74 (19) (30)
~1,35 1,0 (40) 1,03 (46) 1,52 (43) 1,55 (50) 0,66 0,59 (41) (47)
Как видно из рисунка 5, формы спектров СИ для соответствующих переходов слабо отличается друг от друга для различных кристаллов, в то время как значение сечения в максимуме спектра для о-поляризации кристалла №: СКУ составляет 9,3 10−20 см2, что примерно в 2 раза больше, чем для Ш:аУ, и в 1,5 раза — чем для (та-
блица 2).
Уровень 4/9/2, в отличие от 4! П/2 изд, является термически заселенным, поэтому спектры люминесценции на переходе 43/2 ^ 419/2 могут быть искажены за счет перепоглощения. Вследствие этого, мы провели расчет спектров СИ для этого перехода по ФЛ и интегральным методом соответствия [13], который свободен от эффекта перепоглощения:
4,0-,

3,53,02,52,0 1,51,00,5 0,0−1
3,5-i
о 3,0 о
2,5
и с
¦В 2. °
о ®
S 1. 5
сл о
& quot- 1,0
с
о
и 0,5
Е
ш
0,0−1
поляризация polarization
860 880 900 920
Длина волны, нм / Wavelength, nm

с — поляризация с — polarization
940
(r) О
860 880 900 920
Длина волны, нм / Wavelength, nm
940

3exp (- hc/kT X)
8ncn2Trad ^ J X& quot-4 & amp-abs (X) exp (- hc/kT X) d X
abs
(X). (6)
На рисунке 6 представлены спектры сечений стимулированного испускания, рассчитанные по этим двум методам. Как видно, наиболее сильно искажены спектры для о-поляризации. Так, для этой поляризации сечения поглощения имеют большие значения, чем для п-поляризации, и здесь наблюдается значительное перекрытие линий поглощения и люминесценции в области 880 нм. В наибольшей степени это проявляется для кристалла №: СКУ, где наибольшая концентрация ионов неодима из всех исследуемых кристаллов.
2,0 1Ь
1,5
1,0
0,5
0,0
860 880 900 920
Длина волны, нм / Wavelength, nm
940
1,5-, 2b
860 880 900 920
Длина волны, нм / Wavelength, nm
940
3a
g- поляризация a — polarization
880 900 920
Длина волны, нм / Wavelength, nm
Рисунок 6 — Спектры поперечных сечений стимулированного испускания перехода АРЪ/г, рассчитанные
860 880 900 920
Длина волны, нм / Wavelength, nm
4 i
& quot-9/2
по формуле Фюхтбауэра-Ладенбурга (черные лини) и по интегральному методу соответствия (серые линии): 1 —
Nd3+: Ca10Li (VO4)7- 2 — Nd3+: Ca9La (VO4)7- 3 — Nd3+: Ca10K (VO4)7
Figure 6 — Emission cross sections spectra (4F3/2 ^ 4Im transition) calculated by Fuchtbauer-Ladenburg equation (black line) and by integral method of reciprocity (gray line): 1 — Nd3+: Ca]0Li (VO4)7. 2 — Nd3+: Ca9La (VO4)7- 3 — Nd3+: Ca]0K (VO4)7
Заключение
Определены коэффициенты ветвления люминесценции и сечений стимулированного испускания кристаллов семейства двойных ортованадатов Ca9La (VO4)7 и Ca]0A (VO4)7 (А — Li, K), активированных ионами неодима. Для корректного определения этих спектроскопических параметров проведена калибровка люминесцентной установки по спектральной чувствительности.
Значения сечений стимулированного испускания в пике полосы в области 1,06 мкм для о-поляризации равны (6,4- 9,3 и 4)10−20 см2 для кристаллов Nd: CLiV, Nd: CaKV и Nd: CLaV соответственно.
Спектры стимулированного испускания исследуемых кристаллов имеют ширину полосы от 20 до 40 нм (в зависимости от кристалла и состояния поляризации излучения), что делает их привлекательными в качестве активных сред лазеров для получения ультракоротких импульсов (& lt- 100 фс) в режиме синхронизации мод.
Список использованных источников
1. Kisel, V.E. Femtosecond pulse generation with a diode-pumped Yb3+: YVO4 laser / V.E. Kisel [et al.] // Optics Letters. — 2005. — Vol. 30, № 10. — P. 1150−1152.
2. Ter-Gabrielyan, N. Spectroscopic and laser properties of resonantly (in-band) pumped Er: YVO4 and Er: GdVO4 crystals: a comparative study / N. Ter-Gabrielyan [et al.] // Opt. Lett. Express. — 2012. — Vol. 2, № 8. — P. 1040−1049.
3. Chen, H.R. Passive mode-locking in diode-pumped c-cut Nd: LuVO4 laser with a semiconductor saturable-absorber mirror / H.R. Chen [et al.] // Appl. Phys. B. -2009. — Vol. 96. — P. 19−23.
4. Petrov, VV Partially disordered Yb: CdxY1-xVO7 crystal for femtosecond lasers / V.V. Petrov [et al.] // International Conference on Lasers, Applications and Technologies: Conference program, Minsk, Belarus, May 28 — June 1 / B.I. Stepanov Institute of Physics- ed. by V.A. Orlovich [et al.]. — Minsk, 2007. — P. 67310I-1.
5. Belik, A.A. Crystal Structures of Double Vanadates, Ca9R (VO4)7. I. R = La, Pr, and Eu / A.A. Belik [et al.] // Cry st. reports. — 1997. — Vol. 42, № 5. — P. 751−756.
6. Loiko, P.A. Growth, spectroscopic and thermal properties of Nd-doped disordered Ca9(La/Y)(VO4)7 and Ca]0(Li/K)(VO4)7 crystals / P.A. Loiko [et al.] // Journal of Luminescence.- 2013. — Vol. 137. — P. 252−258.
7. Левшин, Л. В. Люминесценция и ее измерения: Молекулярная люминесценция / Л. В. Левшин, А.М. Се-лецкий. — М.: Изд-во МГУ, 1989. — 272 с.
8. The infrared and electro-optical systems handbook: in 8 volumes / Joseph S. Accetta, David L. Shumaker (executive editors). — Washington: SPIE optical eng. press.- Vol. 2: Atmospheric propagation of radiation / Frederick G. Smith (editor). — 1993. — 322 p.
9. Kramida A., Ralchenko Yu., Reader J., and NIST ASD Team (2013). NIST Atomic Spectra Database (ver. 5. 1), [Online]. Available: http: //physics. nist. gov/asd [2013, October 22]. National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD.
10. Judd, B.R. Optical absorption intensities of rare-earth ions / B.R. Judd // Phys. Rev. — 1962. — Vol. 127. — P. 750−761.
11. Ofel, G.S. Intensities of crystal spectra of rare earth ions / G.S. Ofelt // Journal Chem. Phys. — 1962. — Vol. 37. — P 511−520.
12. Payne, S.A. Infrared cross-section measurements for crystals doped with Er3+, Tm3+ and Ho3+ / S.A. Payne [et al.] // IEEE J. of Quantum Electron. — 1992. — Vol. 28. — P. 2619−2630.
13. Yasukevich, A.S. Integral method of reciprocity in the spectroscopy of laser crystals with impurity centers / A.S. Yasukevich [et al.] // Journal of App. Spectroscopy. — 2004. — Vol. 71. — P. 202−208.
Application of Fuchtbauer-Ladenburg equation and reciprocity method for determination of emission cross sections of Nd-doped laser media
Demesh M.P. 1, Gusakova N.V. 1, Yasukevich A.S. 1, Kuleshov N.V. 1, Grigorev S.V. 1, Krot Y.A. 2, Kosmyna M.B. 3, Shekchotsov A.N. 3
1 Belarusian National Technical University, NezavisimostyAve., 65, 220 013, Minsk, Belarus
2A.N. Sevchenko Institute of Applied Physical Problems of Belarusian State University, Kurchatova St., 7, 220 045, Minsk, Belarus
3Institute for Single Crystal of the National Academy of Science of Ukraine, Lenin Ave., 60, 61 001, Kharkov, Ukraine
Received 09. 06. 2015
Accepted for publication 23. 10. 2015
Abstract. Rare-earth doped crystals with broad bands of gain spectra are attractive for femtosecond laser applications. Therefore, for this purposes crystals with disordered structure are of great interest. In this article we investigate laser-related spectroscopic properties of new trigonal crystals Nd3+: Ca10K (VO4)7 (Nd: CKV), Nd3+: Ca9La (VO4)7 (Nd: CLaV) h Nd3+: Ca10Li (VO4)7 (Nd: CLiV). The Fuchtbauer-Ladenburg equation and the integral reciprocity method were applied for determination of stimulated emission cross section spectra for Nd3+ ions. The maximum values of emission cross sections and bandwidth (FWHM) near X = 1,07m are 9,33 10 -20cm2 (o — polarization, Nd: CKV) and 30 nm (n — polarization, Nd: CKV), near X = 1,35m — 1,55 10−20cm2 and 50 nm (n — polarization, Nd: CKV). The broad and smooth bands of the gain spectra in the regions near 1,07 and 1,35m make it possible to generate ultra short light pulses with duration of about 60 fs (1,07 ^m) and 45 fs (1,35 ^m) in the mode-locking regime.
Keywords: calcium vanadate, luminescence branching ratio, stimulated emission cross-sections, the Fuchtbauer-Ladenburg equation, the integral method of reciprocity.
Адрес для переписки:
Ясюкевич А. С.
Белорусский национальный технический университет, пр. Независимости, 65, 220 013, г. Минск, Беларусь e-mail: anatol@bntu. by
Address for correspondence:
Yasukevich A.S.
Belarusian National Technical University, Nezavisimosty Ave., 65, 220 013, Minsk, Belarus e-mail: anatol@bntu. by
Для цитирования:
Демеш М. П., Гусакова Н. В., Ясюкевич А. С., Кулешов Н. В., Григорьев С. В., Крот Ю. А., КосмынаМ. Б., Шеховцов Н. А. Применение методов Фюхтбауэра-Ладенбурга и соответствия для определения спектров сечений стимулированного испускания неодимовых лазерных сред Приборы и методы измерений 2015. — Т. 6, № 2. — С. 211−219
For citation:
Demesh M. P., Gusakova N. V., Yasukevich A. S., Kuleshov N. V., Grigor'-ev S. V., Krot Y. A., Kosmyna M. B., Shekchotsov A. N. Application of Fuchtbauer-Ladenburg equation and reciprocity method for determination of emission cross sections of Nd-doped laser media
Devices and Methods of Measurements 2015, vol. 6, No. 2, pp. 211−219
References
1. Kisel VE., Troshin A.E., Shcherbitsky V.G., Kule-shov N.V., Matrosov V.N., Matrosova T.A., Kupchenko M.I., Brunner F., Paschotta R., Morier-Genoud F., Keller U. Femtosecond pulse generation with a diode-pumped Yb3+: YVO4 laser. Optics Letters, 2005, vol. 30, pp. 11 501 152.
2. Ter-Gabrielyan N., Fromzel V, Ryba-Romanowski W., Likasiewicz T, Dubinskii M. Spectroscopic and laser properties of resonantly (in-band) pumped Er: YVO4 and Er: GdVO4 crystals: a comparative study. Opt. Lett. Express, 2012, vol. 2, pp. 1040−1049.
3. Chen H.R., Lin J.H., Song K.T., Lin K.H., Hsieh W.F. Passive mode-locking in diode-pumped c-cut Nd: LuVO4 laser with a semiconductor saturable-absorber mirror. Appl. Phys. B, 2009, vol. 96, pp. 19−23.
4. Petrov V.V., Pestryakov E.V., Trunov VI., Kirpich-nikov A. V, Merzliakov M.A., Laptev A.V., Matrosov V.N., Klimin S.A. Partially disordered Yb: CdxY1-xVO7 crystal for femtosecond lasers. International Conference on Lasers, Applications and Technologies: Conference program, Minsk, Belarus, May 28 — June 1 / B.I. Stepanov Institute of Physics, Minsk 2007, p. 67310I-1.
5. Belik A. A., Morozov V. A., Grechkin S. V, Kha-sanov S. S., Lazoryak B.I. Crystal Structures of Double Vanadates, Ca9R (VO4)7. I. R = La, Pr, and Eu. Cryst. Reports. 1997, vol. 42, pp. 751−756.
6. Loiko P.A., Yasukevich A .S., Gulevich A. E., Demesh M.P., Kosmyna M.B., Nazarenko B.P., Puzikov V.M., Shehovtsov A.N., Kornienko A.A., Dunina E.B., Kuleshov N.V., Yumashev K.V. Growth, spectroscopic
and thermal properties of Nd-doped disordered Ca9(La/Y) (VO4)7 and Ca10(Li/K)(VO4)7 crystals. Journal of Luminescence., 2013, vol. 137, pp. 2452−258.
7. Levshin L.V. Lyumineszenziya i yeye izmereniya [Luminescence and its measurements]. Moscow, Moscow St. Univ Publ, 1989. 272 p.
8. Frederick G. Smith (editor). Atmospheric propagation of radiation. Washington: SPIE optical eng. press. 1993, vol. 2, 322 p. The infrared and electro-optical systems handbook: in 8 volumes. Accetta Joseph S., Shumak-er David L. (executive editors).
9. Kramida A., Ralchenko Yu., Reader J., and NIST ASD Team (2013). NIST Atomic Spectra Database (ver. 5. 1), [Online]. Available: http: //physics. nist. gov/asd [2013, October 22]. National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD.
10. Judd B.R. Optical absorption intensities of rare-earth ions. Phys. Rev. 1962, vol. 127, pp. 750−761.
11. Ofelt G.S. Intensities of crystal spectra of rare earth ions. Journal Chem. Phys. 1962, vol. 37. pp. 511−520.
12. Payne S.A., Chase L.L., Smith Larry K., Kway Wayne L., Krupke William F. Infrared cross-section measurements for crystals doped with Er3+, Tm3+ and Ho3+. IEEE J. of Quantum Electron. 1992, vol. 28, pp. 2619−2630.
13. Yasukevich A.S., Shcherbitskii V.G., Kisel V.E., Mandrik A.V., Kuleshov N.V. Integral method of reciprocity in the spectroscopy of laser crystals with impurity centers. Journal of App. Spectroscopy. 2004, vol. 71, pp. 202−208.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой