В Физическом институте им. П.Н.Лебедева РАН разработаны лазеры среднего ИК-диапазона

В Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН разработан ряд твердотельных лазеров, излучающих в среднем инфракрасном диапазоне (2 - 6 мкм). Лазеры такого типа могут применяться в качестве лидаров - для обнаружения в атмосфере экологически вредных примесей, для локации объектов, в спектроскопии, а также в медицине, например, в стоматологии.

На сегодняшний день во всем мире активно разрабатывается компактная техника и устройства генерации и приема электромагнитного излучения в среднем ИК диапазоне. Это обусловлено широкими возможностями применения устройств этого диапазона, как в научных исследованиях, так и в прикладных областях: в астрофизике, в спектроскопии (в т.ч. мониторинге производственных процессов в химической промышленности), в экологии и контроле окружающей среды, системах связи, тепловидении, в военно-технических применениях и др.

Лазеры среднего ИК диапазона основаны на кристаллах соединений А2B6 (второй и шестой групп Периодической системы элементов), легированных двухвалентными ионами переходных металлов. Именно этот класс кристаллов представляет большой интерес, т.к. полоса люминесценции таких кристаллов лежит в спектральной области 2-6 мкм и обладает большой шириной порядка 1 мкм. Это дает возможность плавной перестройки частоты генерации лазера в широком спектральном диапазоне, в том числе и возможность настройки длины волны генерации, например, на частоту линии поглощения конкретного газа. Так же такие активные среды перспективны для генерации ультракоротких лазерных импульсов. Кроме того, широкие полосы поглощения этих соединений упрощают выбор источников накачки будущих лазеров. Выходная мощность наиболее проработанных лазеров достигает 10-Ваттного уровня.
В ФИАН разработали целый ряд инфракрасных лазеров с общим диапазоном спектра излучения от 2 до 6 мкм. В некоторых лазерах используются уже известные ранее кристаллы, но достигнуты более высокие характеристики. Однако в большинстве лазеров используются новые комбинации кристаллической матрицы и легирующей примеси.

Юрий Коростелин (ведущий научный сотрудник ФИАН, кандидат технических наук) сообщил, что такой положительный результат удалось добиться благодаря собственной технологии ФИАН в легировании кристаллов непосредственно в процессе их роста из паровой фазы. Эта технология обеспечивает высокую степень однородности легирования ионами переходных металлов, а также степень чистоты в том, что касается нежелательных примесей. Методики, которые используют конкурирующие группы, заключаются либо в выращивании кристаллов из расплава, либо в более сложной процедуре легирования - путем твердофазной диффузии переходных металлов внутрь монокристалла во время дополнительных высокотемпературных отжигов. Но в первом случае велика вероятность загрязнения другими элементами, а во втором - среда получается недостаточно однородной.

Первые лазеры на кристаллах A2B6, легированных ионами переходных металлов, были реализованы на кристаллах ZnSe:Cr и ZnS:Cr. Разработанная в ФИАНе технология позволила его сотрудникам впервые получить лазерную генерацию на кристаллах СdS:Cr, CdSe:Cr , ZnS:Fe , ZnTe:Fe, CdSe:Fe. Также впервые была достигнута непрерывная генерация на кристаллах ZnSe:Fe, СdS:Cr, CdSe:Cr. При использовании лишь четырех кристаллов CdSe:Cr, ZnSe:Fe, ZnS:Fe и CdSe:Fe была осуществлена плавная перестройка длины волны от 2 до 6 мкм. А кристалл ZnSe:Fe успешно использовался в Er:YAG и Er:YLF лазерах в качестве пассивного затвора.

АНИ ФИАН-информ
www.fian-inform.ru