References

pimi

Приборы и методы измерений

Devices and Methods of Measurements

2220-95062414-0473

BNTU

pimi-226

Research Article

Методы измерений, контроля, диагностики

Methods of measurements, monitoring, diagnostics

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ФЮХТБАУЭРА–ЛАДЕНБУРГА И СООТВЕТСТВИЯ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СПЕКТРОВ СЕЧЕНИЙ СТИМУЛИРОВАННОГО ИСПУСКАНИЯ НЕОДИМОВЫХ ЛАЗЕРНЫХ СРЕД

APPLICATION OF FÜCHTBAUER–LADENBURG EQUATION AND RECIPROCITY METHOD FOR DETERMINATION OF EMISSION CROSS SECTIONS OF ND-DOPED LASER MEDIA

Демеш

М. П.

Demesh

M. P.

anatol@bntu.by

Гусакова

Н. В.

Gusakova

N. V.

anatol@bntu.by

Ясюкевич

А. С.

Yasukevich

A. S.

Адрес для переписки: Ясюкевич А.С. Белорусский национальный технический университет, пр. Независимости, 65, 220013, г. Минск, Беларусь e-mail: anatol@bntu.by

Address for correspondence: Yasukevich A.S. Belarusian National Technical University, Nezavisimosty Ave., 65, 220013, Minsk, Belarus e-mail: anatol@bntu.by

anatol@bntu.by

Кулешов

Н. В.

Kuleshov

N. V.

anatol@bntu.by

Григорьев

С. В.

Grigor`ev

S. V.

anatol@bntu.by

Крот

Ю. А.

Krot

Y. A.

anatol@bntu.by

Космына

М. б

Kosmyna

M. V.

anatol@bntu.by

Шеховцов

А. Н.

Shekchotsov

A. N.

anatol@bntu.by

Белорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarus

Институт прикладных физических проблем им. А.Н. Севченко Белорусского государственного университетаБеларусьA.N. Sevchenko Institute of Applied Physical Problems of Belarusian State UniversityBelarus

Институт монокристаллов НАН УкраиныУкраинаInstitute for Single Crystal of the National Academy of Science of UkraineUkraine

2015

09122015

62211219

2015

Демеш М.П., Гусакова Н.В., Ясюкевич А.С., Кулешов Н.В., Григорьев С.В., Крот Ю.А., Космына М.б., Шеховцов А.Н.

Demesh M.P., Gusakova N.V., Yasukevich A.S., Kuleshov N.V., Grigor`ev S.V., Krot Y.A., Kosmyna M.V., Shekchotsov A.N.

Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://pimi.bntu.by/jour/article/view/226

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 Nd3+:Ca10K(VO4 )7 (Nd:CKV), Nd3+:Ca9 La(VO4 )7 (Nd:CLaV) и Nd3+:Ca10Li(VO4 )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 4 F3/2 → 4 I9/2, 4 F3/2 → 4 I11/2, и 4 F3/2 → 4 I13/2 иона неодима. Максимальные пиковые значения сечений стимулированного испускания и наибольшие спектральные ширины полос в области 1,07 мкм составляют 9,33·10-20 см2 (σ-поляризация, Nd:CKV) и 30 нм (π-поляризация, Nd:CKV), в области 1,35 мкм – 1,55·10-20 см2 и 50 нм (π-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 ≈ 60 фс (1,07 мкм), ≈ 45 фс (1,35 мкм) в лазерах на исследованных лазерных средах, работающих в режиме синхронизации мод.

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+:Ca9 La(VO4 )7 (Nd:CLaV) и Nd3+:Ca10Li(VO4 )7 (Nd:CLiV). The Füchtbauer-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 λ = 1,07 μm are 9,33·10 -20cm2 (σ – polarization, Nd:CKV) and 30 nm (π – polarization, Nd:CKV), near λ = 1,35 μm – 1,55·1020cm2 and 50 nm (π – polarization, Nd:CKV). The broad and smooth bands of the gain spectra in the regions near 1,07 and 1,35 μm make it possible to generate ultra short light pulses with duration of about 60 fs (1,07 µm) and 45 fs (1,35 µm) in the mode-locking regime.

двойной ортованадаткоэффициент ветвления люминесценциисечение стимулированного испусканияформула Фюхтбауэра–Ладенбургаинтегральный метод соответствия

calcium vanadateluminescence branching ratiostimulated emission cross-sectionsthe FüchtbauerLadenburg equationthe integral method of reciprocity

References1

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.

Kisel V.E., Troshin A.E., Shcherbitsky V.G., Kuleshov 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. 1150– 1152.

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.

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.

Chen, H.R. Passive mode-locking in diode-pumped c-cut Nd:LuVO4 laser with a semiconductor saturableabsorber mirror / H.R. Chen [et al.] // Appl. Phys. B. – 2009. – Vol. 96. – P. 19–23.

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.

Petrov, V.V. 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.

Petrov V.V., Pestryakov E.V., Trunov V.I., Kirpichnikov 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.

Belik, A.A. Crystal Structures of Double Vanadates, Ca9 R(VO4 )7 . I. R = La, Pr, and Eu / A.A. Belik [et al.] // Cryst. reports. – 1997. – Vol. 42, № 5. – P. 751–756.

Belik A. A., Morozov V. A., Grechkin S.V., Khasanov S. S., Lazoryak B.I. Crystal Structures of Double Vanadates, Ca9 R(VO4 )7 . I. R = La, Pr, and Eu. Cryst. Reports. 1997, vol. 42, pp. 751–756.

Loiko, P.A. Growth, spectroscopic and thermal properties of Nd-doped disordered Ca9 (La/Y)(VO4 )7 and Ca10(Li/K)(VO4 )7 crystals / P.A. Loiko [et al.] // Journal of Luminescence. – 2013. – Vol. 137. – P. 252–258.

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. 252–258.

Левшин, Л.В. Люминесценция и ее измерения: Молекулярная люминесценция / Л.В. Левшин, А.М. Селецкий. – 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.

Levshin L.V. Lyumineszenziya i yeye izmereniya [Luminescence and its measurements]. Moscow, Moscow St. Univ Publ, 1989. 272 p.

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.

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., Shumaker David L. (executive editors).

Judd, B.R. Optical absorption intensities of rare-earth ions / B.R. Judd // Phys. Rev. – 1962. – Vol. 127. – P. 750–761.

Ofel, G.S. Intensities of crystal spectra of rare earth ions / G.S. Ofelt // Journal Chem. Phys. – 1962. – Vol. 37. – P. 511–520.

Judd B.R. Optical absorption intensities of rareearth ions. Phys. Rev. 1962, vol. 127, pp. 750–761.

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.

Ofelt G.S. Intensities of crystal spectra of rare earth ions. Journal Chem. Phys. 1962, vol. 37. pp. 511–520.

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.

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.

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.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.