Неорганические материалы, 2022, T. 58, № 5, стр. 467-512

Двойные фториды лития и редкоземельных элементов – материалы фотоники. 2. Некоторые физические и спектрально-генерационные характеристики

В. В. Семашко^1, 2, С. Л. Кораблева¹, П. П. Федоров^3, *

¹ Казанский (Приволжский) федеральный университет
420008 Казань, ул. Кремлевская, 18, Россия

² Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского Казанского научного центра Российской академии наук
420029 Казань, ул. Сибирский тракт, 10/7, Россия

³ Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук
119991 Москва, ул. Вавилова, 38, Россия

^* E-mail: ppfedorov@yandex.ru

Поступила в редакцию 21.08.2021
После доработки 11.12.2021
Принята к публикации 18.12.2021

EDN: RTFPCK
DOI: 10.31857/S0002337X22050025

Полный текст (PDF)

Аннотация

Приводятся основные физические характеристики кристаллических матриц состава LiRF₄ (R = Y, Gd–Lu). Анализируется прогресс использования кристаллов, активированных редкоземельными ионами, в квантовой электронике. При этом особое внимание уделено современным достижениям реализации лазерной генерации в ультрафиолетовом и видимом диапазонах спектра. Упоминаются также некоторые применения этих кристаллов в других областях фотоники, в науке и технике.

Ключевые слова: двойные фториды, редкоземельные ионы, физические характеристики, спектроскопические свойства, лазерные характеристики

ВВЕДЕНИЕ

В предыдущей части обзора [1] обсуждаются физико-химические и технологические аспекты формирования структуры LiRF₄ (R = Y, Gd–Lu) в монокристаллах и наноматериалах. В этой части приводятся значимые для применения в фотонике характеристики кристаллов, активированных редкоземельными ионами (РЗИ): рассматриваются их оптические, теплофизические и лазерные свойства, упоминаются также различные их применения.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МАТРИЦ LiRF₄ (R = Y, Gd–Lu), ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ФОТОНИКЕ

Как уже отмечалось в предыдущей части обзора [1], структура кристаллов двойных фторидов LiRF₄ (R = Y, Gd–Lu) относится к тетрагональной сингонии, близкой к шеелиту, кристаллы обладают оптической анизотропией. Их привлекательность для фотоники обусловлена несколькими свойствами:

1. Прозрачностью в широком спектральном диапазоне: от вакуумного ультрафиолета до среднего ИК, что позволяет использовать данные материалы в различных, в том числе и уникальных, приборах фотоники. Коротковолновый край диапазона прозрачности матриц LiRF₄ определяется либо шириной их запрещенной зоны (для кристаллов LiYF₄, LiLuF₄ и LiGdF₄) [2], либо поглощением, обязанным межконфигурационным 4f ⁿ-4f ⁿ ^– 15d-переходам трехвалентных РЗИ (для кристаллов LiRF₄, где R = Tb–Yb) [3–8]. Длинноволновая же граница диапазона прозрачности этих кристаллов примерно одинакова, ограничена частотами колебаний кристаллической матрицы (фононным спектром) и достигает 8–10 мкм. Разнящиеся в литературе данные по диапазону прозрачности, по-видимому, связаны с недостаточной химической чистотой исследуемых образцов.

2. Способностью к активации ионами с достраиваемыми электронными оболочками, главным образом РЗИ или ионами актиноидов, причем интерес к последним не столь высок из-за их радиоактивных превращений. При этом для иттриевой подгруппы лантаноидов (“тяжелые земли” Gd–Lu) возможно образование смешанных кристаллов с любым соотношением упомянутых трехвалентных элементов и Y³⁺, вплоть до кристаллических соединений типа LiGdF₄, LiTbF₄ и т.д. (см. [1]).

3. Узким фононным спектром с максимальной частотой фононов, не превышающей при температурах, близких к комнатной, 470 см^–1 [9–12], что приводит к уменьшению вероятности безызлучательной релаксации возбужденных состояний активаторных ионов, росту их времен жизни и квантового выхода люминесценции. Более того, это свойство позволяет реализовывать оптическое усиление и лазерную генерацию в среднем ИК-диапазоне и между такими состояниями активаторов, для которых в других материалах требуется применение криогенных температур.

4. Существенно более низким и отрицательным значением термооптического коэффициента dn/dT по сравнению с другими материалами фотоники (см., например, [13]). При этом в случае использования этих кристаллов в качестве активных элементов лазеров, несмотря на то что коэффициент линейного расширения кристаллов LiYF₄ и LiLuF₄ почти вдвое больше, чем, например, широко применяемого в квантовой электронике кристалла иттрий-алюминиевого граната (YAG), реализуются меньшие температурные искажения генерируемого лазерного излучения [14]. В частности, и в расчетах, и в экспериментах наведенная накачкой оптическая сила термолинзы в активных элементах из Nd:LiYF₄ и Nd:LiLuF₄ значительно меньше, чем, например, в Nd:YAG [15–17]. Недостатком является астигматизм вследствие анизотропии термолинзы, усложняющий ее компенсацию.

В качестве других недостатков кристаллических матриц LiRF₄ следует упомянуть низкие по сравнению с другими материалами фотоники твердость (4–5 по Моосу [18]), теплопроводность [13, 19–22] и ненулевую растворимость в воде (по данным [23–25], для кристаллов LiYF₄ она составляет ~0.03 мг/(см²день), что затрудняет их применение в высокомощных лазерах, а также ограничивает срок эксплуатации.

При активации кристаллов или попытках замещения катионов матрицы на РЗИ теплопроводность еще более ухудшается, что обусловлено увеличением степени дефектности и разупорядочения кристаллической структуры [19–22]. С этим также может быть связано отличие экспериментально устанавливаемых различными исследователями значений теплопроводности матриц одного и того же химического состава. Так, например, согласно [13], теплопроводность номинально чистых кристаллов YLF при комнатной температуре составляет k_║с = 7.2 Вт/(м К), а при легировании ионами Nd³⁺ (1 ат. %) падает до значения 6.44 Вт/(м К). В случае выращивания смешанных кристаллов, например состава LiY_1 – _xLu_xF₄, коэффициент теплопроводности вначале падает с ростом х, а затем вновь возрастает до значения, соответствующего матрице LiLuF₄ (рис. 1) [22]. Аналогично резкое падение коэффициента теплопроводности наблюдается при активации кристаллов YLF ионами Yb³⁺: в твердом растворе LiY_0.3Yb_0.7F₄ при 300 К k_⊥с = 3.4 Вт/(м К), а в кристалле LiYbF₄k_║с = 4.5 Вт/(м К) [19].

Рис. 1.

Концентрационная зависимость коэффициента теплопроводности (k_║с) смешанных кристаллов LiY_1–xLu_xF₄ (х = 0–1) при Т = 300 К [22].

В табл. 1 суммированы известные из литературы и интернет-источников основные физические свойства кристаллов LiRF₄, важные для применения данных материалов в устройствах фотоники. К сожалению, приходится констатировать, что многие из них, особенно в случае активации кристаллов большинством из широко используемых примесных ионов, остаются до сих пор неизвестными, что ограничивает возможности теоретического расчета лазерных генераторов и других узлов квантовой электроники с применением кристаллов двойных фторидов со структурой шеелита.

Таблица 1.

Значимые для фотоники и лазерной техники физические свойства кристаллических матриц LiRF₄ (R = Y, Gd–Lu) (более подробная информация приведена в работах, указанных в соответствующих ссылках)

Мат-рица	Коротко-волновая граница прозрач-ности, нм	Ширина запрещен-ной зоны/ энергия экситона кристал-лической матрицы, эВ	Максималь-ная частота фононного спектра (Т = 300 К), см^–1	Теплопро-водность, Вт/(м К) (T = 300 К)	Коэффициент температурного расширения******, 10^–6 К^–1	Плотность, г/см³ (Т = 300 К)	Теплоем-кость, Дж/(г К) (Т = 300 К)	Коэффициенты уравнения Селлмейера* при Т = 300 К или значения показателя преломления на указанных длинах волн		Термооптический коэффициент dn/dT******, 10^—6 К^–1
Мат-рица	Коротко-волновая граница прозрач-ности, нм		Максималь-ная частота фононного спектра (Т = 300 К), см^–1	Теплопро-водность, Вт/(м К) (T = 300 К)	Коэффициент температурного расширения******, 10^–6 К^–1	Плотность, г/см³ (Т = 300 К)	Теплоем-кость, Дж/(г К) (Т = 300 К)	n_o	n_e	Термооптический коэффициент dn/dT******, 10^—6 К^–1
LiYF₄	<113 [2–4]	~11.9/~11.0 [2]	447 [11]	5.3(⊥с)**** 7.2(\|\|с) [13] 5.8(⊥с) [19]	ΔТ = 100–300 К для α_⊥с А₀ = –7.9972 А₁ = 0.1181 А₂ = –1.4579 × 10^–4 для α_\|\|с А₀ = –4.7454 А₁ = 9.4241 × 10^–2 А₂ = –1.4974 × 10^–4 [13]	3.973 [27]	0.791 [27]	A = 1.38757* B = 0.70757 C = 0.00931 D = 0.18849 E = 50.99741 [14]	A = 1.31021* B = 0.84903 C = 0.00876 D = 0.53607 E = 134.95660 [14]	ΔТ = 100–300 К λ= 1064 нм для dn_⊥с/dT А₀ = –0.10364 А₁ = 1.0536 × 10^–3 А₂ = –5.3254 × 10^–5 для dn_\|\|с/dT А₀ = –3.8934 × 10^–2 А₁ = –1.5482 × 10^–2 А₂ = 2.1742 × 10^–5[13] ΔТ = 297–357 К λ = 633 нм для dn_о/dT А₀ = –0.2569 А₁ = –1.69 × 10^–2 для dn_е/dT А₀ = –2.8970 А₁ = –1.61 × 10^–2[30] для λ = 435.8 нм dn_о/dT = –0.54 dn_е/dT = –2.44 для λ = 546.1 нм dn_о/dT = –0.67 dn_е/dT = –2.3 для λ = 578 нм dn_о/dT = –0.91 dn_е/dT = –2.86 [14]
LiGdF₄	~114	~11.7/~10.9 [2]	432 [10]	Нет данных	Нет данных	5.320 [27]	Нет данных	Нет данных	Нет данных	Нет данных
LiTbF₄	~222 [8]	Нет данных	444 [12]	Нет данных	Нет данных	5.46 [28]	Нет данных	A = 1.80878 B = 0.34546 C = –2.575 × 10^–8 D = 1.924 × 10^–8 E = –0.00497 λ₁ = 0.14003 [29] A = 2.154* B = 0.007 C = –0.009 D = 0.004 [8]	A = 1.81294 B = 0.42458 C = –3.284 × 10^–8 D = 2.087 × 10^–8 E = –0.00518 λ₁ = 0.13492 [29] A = 2.236* B = 0.01 C = –0.036 D = 0.005 [8]	Т = 302 К для λ= 500 нм dn_о/dT= –7.30 dn_е/dT= –9.21 для λ= 1000 нм dn_о/dT= –5.67 dn_е/dT= –7.16 для λ = 1500 нм dn_о/dT= –5.41 dn_е/dT= –6.83 [29]
LiDyF₄	~193 [8]	Нет данных	453 [12]	Нет данных	Нет данных	5.19 [28]	Нет данных	A = 2.153*** B = 0.008 C = 0.034 D = 0.004 [8]	A = 2.236*** B = 0.0076 C = –0.0024 D = 0.004 [8]	Нет данных
LiHoF₄	~164 [8]	Нет данных	445 [12], 446 [11]	Нет данных	Нет данных	5.18 [28]	Нет данных	A = 2.147*** B = 0.008 C = 0.035 D = 0.004 [8]	A = 2.225*** B = 0.009 C = –0.003 D = 0.0037 [8]	Нет данных
LiErF₄	~163 [8]	Нет данных	448 [12], 450 [11]	Нет данных	Нет данных	Нет данных	Нет данных	A = 2.143*** B = 0.009 C = 0.045 D = 0.003 [8]	A = 2.220*** B = 0.008 C = –0.005 D = 0.0026 [8]	Нет данных
LiTmF₄	~165 [8]	Нет данных	456 [9], 457 [11]	Нет данных	Нет данных	5.14 [28]	Нет данных	Нет данных	Нет данных	Нет данных
LiYbF₄	~158 [8]	Нет данных	460 [12], 462 [11]	4.5(\|\|с)***** [19]	Нет данных	Нет данных	Нет данных	A = 2.141*** B = 0.008 C = 0.035 D = 0.004 [8]	A = 2.206*** B = 0.010 C = –0.018 D = 0.001 [8]	Нет данных
LiLuF₄	<109 [6–7]	~12.3/~11.4 [2]	462 [12]	6.3(\|\|с) 5.0 (⊥с) [13] 5.9(\|\|с)***** [19]	ΔТ = 100–300 К для α_⊥с А₀ = –8.6582 А₁ = 0.13791 А₂ = –2.1263 × 10^–4 для α_║с А₀ = –4.1475 А₁ = 9.6003 ×10^–2 А₂ = –1.5365 × 10^–4 [13]	6.170 [27]	0.510 [27]	1.464 (λ = 543 нм) [27] 1.468 (λ = 633нм) [32]	1.488 (λ = 543 нм) [27] 1.494 (λ = 633нм) [32]	ΔТ = 100–300 К Λ = 1064 нм для dn_⊥с /dT А₀ = 28.459 А₁ = –0.54623 А₂ = 2.6191 × 10^–3 А₃ = –3.8485 × 10^–6 для dn_\|\|с/dT А₀ = 33.941 А₁ = –0.62295 А₂ = 2.9489 × 10^–3 А₃ = –4.388 × 10^–6 [13]

* Эмпирическое уравнение Селлмейера n²= A + Bλ²/(λ²– C) + Dλ²/(λ²– E) используется для расчета показателя преломления на заданной длине волны λ [26]; сами коэффициенты уравнения зависят от температуры образца. ** Коэффициенты для расчета коэффициента преломления по модифицированной формуле Селлмейера n²= A + (B + CF)λ²/[ λ² – ( λ₁+ DF)²] + Eλ², где F = (T – 23)(T + + 569.3), учитывающей влияние на коэффициент преломления температуры изучаемого образца: T – температура в К, λ – длина волны в мкм. *** Расчет по упрощенной формуле Селлмейера n²= A + B/(λ²–C) – Dλ², λ – длина волны в мкм; естественно, что расчет по данной формуле верен лишь в областях без аномальной дисперсии, т.е. вне полос поглощения РЗИ матрицы и при заданной температуре. **** В некоторых статьях, например [27, 31, 32], с точностью наоборот перепутаны данные о коэффициентах теплопроводности вдоль кристаллографических осей. ***** Для кристаллов, активированных ионами Ce³⁺ (1 ат. %). ****** Приводятся значения параметров полинома вида f(Т) = А₀+ А₁Т + А₂Т²…., которые позволяют определить искомую величину в диапазоне температур ΔТ, указанном в соответствующей ячейке таблицы.

ЛАЗЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КРИСТАЛЛОВ LiRF₄, АКТИВИРОВАННЫХ РЗИ, И ИХ ИНЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ В ФОТОНИКЕ

Привлекательность практического использования кристаллов LiRF₄ в фотонике связана с возможностью их активации трехвалентными ионами лантаноидов (РЗИ). Электронная структура этих ионов формируется полностью заполненными внутренними оболочками (включительно по 5p⁶), соответствующими ксеноновому остову, валентными электронами 6s²- и 5d¹- или одним из 4f-электронов, а также электронами, заполняющими по мере увеличения заряда ядра в ряду редкоземельных элементов 4f-оболочку. Именно электронами незаполненной 4f-оболочки, их переходами внутри 4f-конфигурации и в состояния следующих возбужденных смешанных 4fⁿ ^{– 1}5d-, 4fⁿ ^{– 1}6s- и 4fⁿ ^{– 1}6p-конфигураций обусловлены магнитные и оптические свойства активированных кристаллов. Важным обстоятельством является то, что 4f-оболочка локализована внутри заполненных 5s-, 5p-оболочек, и поэтому спин-орбитальное взаимодействие для 4f-электронов значительно превышает вклад внешнего электростатического поля кристаллической матрицы. С другой стороны, 5d- и 6s-оболочки имеют значительно больший эффективный радиус и сильнее подвержены внешним воздействиям [33]. По этой причине энергия барицентров мультиплетов 4f-конфигурации практически не зависит от кристаллической матрицы, в которую внедрен РЗИ, и наблюдается лишь штарковское расщепление его мультиплетов, не превышающее нескольких сотен см^–1. Энергия 4f-мультиплетов трехвалентных РЗИ при этом может быть определена вплоть до ~40000 cм^–1 по диаграмме Dieke и Crosswhite [34], а до энергий, соответствующих ВУФ-диапазону, – с помощью расширенной диаграммы, составленной Meijerink с соавторами [35, 36]. Напротив, для переходов на состояния смешанных конфигураций подобная диаграмма может быть построена только для конкретной кристаллической матрицы, поскольку энергия мультиплетов смешанных конфигураций и их расщепления могут составлять несколько тысяч см^–1. В работах [37–42] детально обсуждаются особенности переходов на состояния смешанных конфигураций и приводится их теоретическая интерпретация.

На рис. 2 приведена сводная схема энергетических уровней 4f ⁿ- и 4f ^{n –} ¹5d-конфигураций трехвалентных РЗИ в кристаллах LiYF₄ (YLF) и LiLuF₄ (LLF). Схема построена по данным спектроскопии поглощения [3–7] и возбуждения люминесценции [38–42]. Ввиду незначительности изменения параметров кристаллических полей в матрицах LiRF₄ (R = Y, Gd–Lu) смещение и штарковские расщепления энергетических 4f ⁿ- и 4f ^{n – 1}5d-состояний не заметны в масштабе рис. 2. Так, например, даже в спектрах 4f–5d поглощения ионов Ce³⁺ переход от кристаллов LiYF₄ к LiLuF₄ приводит лишь к незначительному смещению полос и увеличению кристаллического расщепления мультиплетов 5d-конфигурации, которые составили соответственно ~340 и ~10 см^–1 [43, 44]. Подробная штарковская схема энергетических уровней РЗИ в кристаллах LiRF₄ представлена в публикациях, упоминаемых в списке литературы данного обзора, и по мере необходимости будет приводиться при обсуждении лазерно-спектроскопических свойств конкретных активаторных ионов.

Рис. 2.

Сводная схема энергетических уровней 4f ⁿ- и 4f ^n – 15d-конфигураций трехвалентных РЗИ в кристаллах LiYF₄ и LiLuF₄ (по данным работ [3–7, 37–42]); энергии 4f ⁿ5d-состояний ионов обозначены заштрихованными прямоугольниками, высота которых отражает полуширины соответствующих спектральных полос в спектрах 4f ⁿ–4f ^n–15d-переходов (для Pm³⁺ приведены расчетные данные).

Используя внутриконфигурационные 4f–4f-переходы в кристаллах LiRF₄ удается реализовать эффективные люминофоры и активные среды для лазеров, оптических усилителей и линейных преобразователей¹ ¹ ИК- и видимых областей спектра, а межконфигурационные 4f ^n – 15d-4f ⁿ-переходы используются в устройствах фотоники ультрафиолетового и вакуумно-ультрафиолетового диапазонов. Вплоть до настоящего времени наиболее широкое применение в квантовой электронике получили кристаллы LiRF₄ (R = Y, Gd, Lu), активированные ионами Ce³⁺, Pr³⁺, Nd³⁺, Sm³⁺, Eu³⁺, Tb³⁺, Dy³⁺, Ho³⁺, Er³⁺, Tm³⁺ и Yb³⁺. Ниже приводятся достигнутые с их использованием результаты. При этом основное внимание уделено применению этих кристаллов в лазерах УФ- и видимого диапазонов спектра, поскольку применения для других диапазонов уже являлись предметом многочисленных обзоров.

Ион Ce³⁺. Активация кристаллов LiRF₄ (R = Y, Gd–Lu) ионами Ce³⁺ интересна, прежде всего, с точки зрения создания лазеров УФ-диапазона спектра, функционирующих на основе 5d–4f-переходов [43–47]. Причем наибольший интерес представляют кристаллы LiYF₄, LiLuF₄ и их твердый раствор LiY_1 – _xLu_xF₄ (x = 0–1), в которых квантовый выход 5d–4f-люминесценции ионов Ce³⁺ близок к единице [48]. Схема энергетических уровней иона Ce³⁺ в кристаллах LiY_{1 –}_xLu_xF₄ с обозначением электронных переходов, задействованных при получении лазерной генерации, а также эволюция положения энергетических состояний в зависимости от относительной концентрации катионов матрицы Lu³⁺ (х) приведены на рис. 3 [43, 49]. В настоящее время УФ-лазерная генерация реализована на переходах между нижним штарковским уровнем мультиплета ²D_3/2 5d-конфигурации и мультиплетами ²F_5/2, ²F_7/2 4f-конфигурации ионов Ce³⁺ в кристаллах LiYF₄ [45, 46], LiLuF₄ [47] и LiY_{1 –}_xLu_xF₄ [50, 51]. При этом накачка лазеров осуществлялась в области переходов ²F_5/2(4f)–²D_3/2, ²D_5/2(5d) на длинах волн ~300, 248 или 213 нм. Как видно из рис. 3, в случае возбуждения состояний 5d-конфигурации ионов Се³⁺ в кристаллах YLF происходит ионизация активаторных ионов за счет последовательного поглощения двух УФ-фотонов накачки, что приводит к фотодеградации (соляризации) активной среды [49, 52]. Напротив, в кристаллах LiLuF₄ ввиду смещения энергетических состояний ионов Се³⁺ относительно энергетических зон матрицы и расширения запрещенной зоны вероятность такой фотоионизации значительно снижается. Именно этим обусловлены преимущества активной среды на основе кристаллов Ce:LiLuF₄ по сравнению с Ce:YLF. Еще большего уменьшения фотоиндуцированных потерь и связанного с этим улучшения характеристик лазерной генерации удается достигнуть путем соактивации кристаллов Ce:LiLuF₄ ионами Yb³⁺ [52–54]. Рекордные характеристики 5d–4f-лазерной генерации на ионах Сe³⁺ получены для кристаллов Ce,Yb:LiLuF₄ – дифференциальный КПД 62% [55], а на кристаллах Ce,Yb:LiLu_0.7Y_0.3F₄ реализован наиболее широкий диапазон перестройки длины волны – от 302 до 335 нм [50]. Эти же кристаллы с успехом используются для генерации импульсного УФ-излучения с субнаносекундной длительностью импульсов [56–58] и для усиления УФ-излучения [58–60].

Рис. 3.

Схема энергетических уровней 4f ⁿ- и 4f ^n – 15d-конфигураций ионов Ce³⁺ относительно энергетических зон кристаллов LiYF₄ и LiLuF₄ (а) [49] и изменение энергий 4f–5d-переходов ионов Се³⁺ в кристаллах LiY_1–xLu_xF₄ в зависимости от концентрации катионов матрицы Lu³⁺ (б) [43]; вертикальными стрелками показаны электронные переходы, происходящие в результате поглощения излучения накачки (стрелки направлены вверх), и лазерные 5d–4f-переходы (стрелки направлены вниз).

Ион Pr³⁺. На ионах Pr³⁺ в кристаллах двойных фторидов со структурой шеелита (YLF, LiLuF₄, LiY_1–xLu_xF₄, LiGdF₄ и LiYbF₄) удалось реализовать лазерную генерацию на восьми межмультиплетных каналах: в видимой области спектра на переходах ³P₀–³H₄ (λ = 480 нм) [61, 62], ³P₁–³H₅ (λ = = 520 нм) [63–71], ³P₀–³H₅ (λ = 540 нм) [63, 67, 68, 72, 73], ³P₀–³H₆ (λ = 605 нм) [61, 64, 65, 67–69, 72, 73], ³P₀–³F₂ (λ = 640 нм) [63–65, 67–69, 72–76] и ближнем ИК-диапазоне ³P₀–³F₃ (λ ≈ 700 нм) [63, 68, 69, 72, 73], ³P₀–³F₄ (λ = 720 нм) [63–65, 68, 69, 72, 73], ³P₀–¹G₄ (λ = 907 нм) [63, 77] и ¹G₄–³H₅ (λ = = 1.35 мкм) [77] (рис. 4). В кристаллах Pr:YLF осуществлена также лазерная генерация и по каскадной схеме ³P₀–¹G₄–³H₅ [78].

Рис. 4.

Схема межмультиплетных переходов ионов Pr³⁺ в кристаллах двойных фторидов со структурой шеелита, на которых реализована лазерная генерация [61–78].

Часть из этих переходов реализована при ламповой накачке при комнатной и пониженных (~100–200 К) температурах [72–74, 77, 78], а также при накачке излучением газовых и жидкостных лазеров [61, 63]. При этом наиболее впечатляющие результаты получены при накачке излучением второй гармоники полупроводниковых лазеров с оптической накачкой (2ω-OPSL) и излучением GaN- и InGaN-лазерных диодов [62, 64–71, 75, 76]. Особый интерес представляют также схемы накачки высоковозбужденных состояний ионов Pr³⁺ с использованием явления сенсибилизированной фотонной лавины, для реализации которой кристаллы YLF:Pr дополнительно активировались ионами Yb³⁺ [79, 80] (рис. 5). С использованием вышеперечисленных активных сред получено излучение в УФ-области спектра путем внутрирезонаторного нелинейного преобразования частоты, реализованы режимы пассивной модуляции добротности, синхронизации мод и лазерной генерации импульсов с высокой частотой повторения. В частности, в [64] показано, что эффективность преобразования излучения накачки в УФ-излучение с длиной волны 320 нм может достигать 22% для Pr:YLF и 16% для Pr:LLF при максимальной мощности более 360 мВт.

Рис. 5.

Схема реализации лазерной генерации с использованием явления сенсибилизированной фотонной лавины, организованной путем соактивации кристаллов Pr³⁺:LiYF₄ ионами Yb³⁺, в области полос поглощения которых осуществлялась накачка излучением лазерных диодов; цветными стрелками обозначены переходы, используемые для получения лазерной генерации, черными стрелками иллюстрируются процессы накачки [79, 80], пунктирными стрелками обозначены кросс-релаксационные процессы.

Наиболее важные с практической точки зрения результаты сведены в табл. 2. Экспериментальные исследования, направленные на реализацию УФ-лазерной генерации на 4f5d–4f ²-переходах ионов Pr³⁺ в кристаллах LiRF₄, не увенчались успехом из-за интенсивного поглощения из возбужденных состояний 4f²-конфигурации [81–83].

Таблица 2.

Характеристики лазерного излучения, реализованного на 4f–4f-переходах ионов Pr³⁺в кристаллах двойных фторидов со структурой шеелита; приведены результаты пионерских работ и работ, в которых достигнуты наиболее значимые результаты при различных режимах накачки

Кристалл	Лазерный переход	Длина волны, нм/поляри-зация из-лучения	Источник накачки	Дифферен-циальный КПД генерации, %	Пороговая энергия (мощность) накачки	Выходная энергия (мощность) генерации	Примечания
LiYF₄	³P₁–³H₅	522.6/π	CW Ar-лазер, λ = 457.9 нм	14.5	163 мВт	144 мВт	Непрерывный, Т = 300 К [64]
			CW 2ω-OPSL* λ = 479 нм	72	52 мВт	2.9 Вт	Непрерывный, Т = 300 К, С = 0.5%, l = 5 мм [69]
			CW 2ω-OPSL* λ = 479 нм	45	~0.5 Вт	4.3 Вт	Непрерывный, Т = 300 К + + УФ-генерация, λ = 261 нм, 1 Вт [67]
			CW GaN**, λ = 444 нм	34	210 мВт	75 мВт	Непрерывный, Т = 300 К, С = 0.65% [66]
			CW InGaN**, λ = 444 нм	62	148 мВт	773 мВт	Непрерывный, Т = 300 К, С = 0.5%, l = 2.9 мм [68]
			CW InGaN**, λ = 444 нм	49	381 мВт	1.7 Вт	Непрерывный, Т = 300 К, С = 0.5%, l = 4.8 мм [70]
			CW LD λ = 830 нм, сенсибилизированная Yb–Pr фотонная лавина	7.5	–	143 мВт	Непрерывный, Т = 300 К [79, 80]
	³P₀–³H₄	479/π	Лазер на красителе, λ = 444 нм	–	8 Дж/cм²	–	Импульсный, Т ≈ 300 К, С = 0.2 ат. % [62]
		491/σ	CW 2ω-OPSL* λ = 479 нм	7	285 мВт	70 мВт	Непрерывный, Т = 300 К, С = 0.5%, l = 3 мм [63]
		500/π	CW 2ω-OPSL* λ = 479 нм	6	200 мВт	70 мВт	Непрерывный, Т = 300 К, С =0.5%, l = 3 мм [63]
	³P₀–³H₅	537.8/σ	Xe-лампа	–	25 Дж	–	Импульсный, Т ≈ 110 К, С = 1 ат. % [72]
		545.9/π	CW Ar-лазер, λ = 457.9 нм	–	–	19 мВт	Непрерывный, Т = 300 К [64]
			CW InGaN**, λ = 444 нм	52	728 мВт	384 мВт	Непрерывный, Т = 300 К, С = 0.5%, l = 2.9 мм [68]
			CW 2ω-OPSL* λ = 479 нм	60	120 мВт	2.0 Вт	Непрерывный, Т = 300 К, С = 0.5%, l = 5 мм [69]
LiYF₄	³P₀–³H₆	604/π	CW 2ω-OPSL* λ = 479 нм	44	114 мВт	1.5 Вт	Непрерывный, Т=300 К, С =0.5%, l = 5 мм [69]
		604/π	CW InGaN**, λ = 444 нм	33	1145 мВт	0.6 Вт	Непрерывный, Т = 300 К, С = 0.5%, l = 4.8 мм [70]
		607.2/σ	Xe-лампа	–	5.5 Дж	–	Импульсный, Т ≈ 200 К, С = 1 ат. % [72]
			CW Ar-лазер, λ = 457.9 нм	1.2	110 мВт	7 мВт	Непрерывный, Т = 300 К [64]
			CW 2ω-OPSL* λ = 479 нм	32	105 мВт	350 мВт	Непрерывный, Т = 300 К [65]
			CW 2ω-OPSL* λ = 479 нм	48	26 мВт	1.8 Вт	Непрерывный, Т = 300 К, С = 0.5%, l = 5 мм [69]
			CW GaN**, λ = 444 нм	14	105 мВт	40 мВт	Непрерывный, Т = 300 К, С = 0.65% [66]
			CW InGaN**, λ = 444 нм	32	125 мВт	418 мВт	Непрерывный, Т = 300 К, С = 0.5%, l = 2.9 мм [68]
			CW InGaN**, λ = 444 нм	40	784 мВт	1.1 Вт	Непрерывный, Т = 300 К, С = 0.5%, l = 4.8 мм [70]
	³P₀–³F₂	639.5/σ	Xe-лампа	~0.2	25 Дж	2.3 Вт	Импульсный (f = 10 Гц), Т ≈ 300 К, С = 0.5–0.6 ат. % [74]
			CW Ar-лазер, λ = 457.9 нм	25.9	8 мВт	266 мВт	Непрерывный, Т = 300 К [64]
			CW GaN**, λ = 444 нм	39 (33.5 опт. КПД)	20 мВт	112 мВт	Непрерывный, Т = 300–380 К, С = 0.5 ат. % [75]
			CW 2ω OPSL* λ = 479 нм	68	17 мВт	2.8 Вт	Непрерывный, Т = 300 К, С = 0.5%, l = 5 мм [69]
			CW GaN**, λ = 444 нм	41	50 мВт	170 мВт	Непрерывный, Т = 300 К, С = 0.65% [66]
			CW InGaN**, λ = 444 нм	57	51 мВт	2.3 Вт	Непрерывный, Т = 300 К, С = 0.5%, l = 4.8 мм [70]
			CW LD λ = 830 нм, сенсибилизированная Yb–Pr фотонная лавина	15	–	276 мВт	Непрерывный, Т = 300 К [79, 80]
LiYF₄	³P₀–³F₃	695.4/σ	Xe-лампа	-	15 Дж	–	Импульсный, Т ≈ 180 К, С = 1 ат. % [72]
		697/π	CW Ar-лазер, λ = 457.9 нм	10.3	105 мВт	71 мВт	Непрерывный, Т = 300 К [64]
		698/π	CW InGaN**, λ = 444 нм	36	78 мВт	1.3 Вт	Непрерывный, Т = 300 К, С = 0.5%, l = 4.8 мм [70]
		698/π	CW 2ω-OPSL* λ = 479 нм	50	65 мВт	1.5 Вт	Непрерывный, Т = 300 К, С = 0.5%, l = 5 мм [69]
	³P₀–³F₄	719.0/σ	Xe-лампа	–	50 Дж	–	Импульсный, Т ≈ 250 К, С = 1 ат. % [72]
		720/π	CW Ar-лазер, λ = 457.9 нм	7.2	98 мВт	40 мВт	Непрерывный, Т = 300 К [64]
			CW 2ω-OPSL* λ = 479 нм	53	16 мВт	1.0 Вт	Непрерывный, Т = 300 К, С = 0.5%, l = 5 мм [69]
			CW GaN**, λ = 444 нм	30	150 мВт	130 мВт	Непрерывный, Т = 300 К, С = 0.65% [66]
			CW InGaN**, λ = 444 нм	42	100 мВт	1.0 Вт	Непрерывный, Т = 300 К, С = 0.5%, l = 4.8 мм [70]
			CW LD, λ = 830 нм, сенсибилизированная Yb–Pr фотонная лавина	–	–	–	Непрерывный, Т = 300 К [79, 80]
	³P₀–¹G₄	906.9/?	Xe-лампа	–	70 Дж	–	Импульсный, Т ≈ 300 К, С = 0.6 ат. % [77]
	³P₀–¹G₄	907.4/π	CW Ar-лазер, λ = 457.9 нм	7.3	280 мВт	23 мВт	Непрерывный, Т = 300 К [64]
	³P₀–¹G₄–³H₅	906.6, 1346.5	Xe-лампа	–	15 Дж	–	Импульсная каскадная генерация, Т ≈ 110 К [78]
LiLuF₄	³P₁–³H₅	523/π	CW 2ω-OPSL*, λ = 479 нм	53	201 мВт	480 мВт	Непрерывный, Т = 300 К [65]
	³P₀–³H₅	538/?	Xe-лампа	–	20 Дж	–	Импульсный, Т ≈ 110 К [73]
	³P₀–³H₆	604.2 или 607.1	Xe-лампа	–	12 и 4 Дж	–	Импульсный, Т ≈ 110 К [73]
LiLuF₄	³P₀–³H₆	607/σ	CW 2ω-OPSL*, λ = 479 нм	35	77 мВт	330 мВт	Непрерывный, Т = 300 К [65]
	³P₀–³H₆	607/σ	CW GaN**, λ = 444 нм	12	125 мВт	30 мВт	Непрерывный, Т = 300 К, С = 0.45% [66]
	³P₀–³F₂	640.1/?	Xe-лампа	–	9 Дж	–	Импульсный, Т ≈ 300 К [73]
		640/σ	CW 2ω-OPSL*, λ = 479 нм	52	66 мВт	550 мВт	Непрерывный, Т = 300 К + + УФ-лазерная генерация, λ = 320 нм, 261 мВт [65]
		640/σ	CW GaN**, λ = 444 нм	38	100 мВт	160 мВт	Непрерывный, Т = 300 К, С = 0.45% [66]
	³P₀–³F₃	695.8/?	Xe-лампа	–	15 Дж	–	Импульсный, Т ≈ 300 К [73]
	³P₀–³F₄	721.5/?	Xe-лампа	–	28 Дж		Импульсный, Т ≈ 300 К [73]
		720/π	CW 2ω-OPSL* λ = 479 нм	56	99 мВт	490 мВт	Непрерывный, Т = 300 К [65]
		720/π	CW GaN**, λ = 444 нм	24	110 мВт	150 мВт	Непрерывный, Т = 300 К, С = 0.45% [66]
	³P₀–¹G₄	906.9/?	Xe-лампа	–	25 Дж	–	Импульсный, Т ≈ 110 К, С = 0.6 ат. % [77]
LiY_1 – xLu_xF₄	³P₁–³H₅	522.6/π	CW InGaN**, λ = 444 нм	19	–	380 мВт	Непрерывный, Т = 300 К, С = 1%, l = 10 мм [71]
LiY_1 – xLu_xF₄	³P₀–³F₂	640/σ	CW InGaN**, λ = 444 нм	9		340 мВт	Непрерывный, Т = 300 К, С = 1%, l = 10 мм [76]
LiYbF₄	¹G₀–³H₅	1.3468/?	Xe-лампа	–	11 Дж	–	Импульсный, Т ≈ 110 К, С = 0.6 ат. % [77]
LiGdF₄	³P₁–³H₅	522/π	CW GaN**, λ = 444 нм	34	210 мВт	75 мВт	Непрерывный, Т = 300 К, С = 0.20% [66]
	³P₀–³H₆	607/σ	CW GaN**, λ = 444 нм	20	110 мВт	58 мВт	Непрерывный, Т = 300 К, С = 0.20% [66]
	³P₀–³F₂	639/σ	CW Ar-лазер, λ = 457.9 нм	–	–	–	Непрерывный, Т = 300 К [64]
	³P₀–³F₂	640/σ	CW GaN**, λ = 444 нм	53	100 мВт	160 мВт	Непрерывный, Т = 300 К, С = 0.20% [66]
	³P₀–³F₄	720/π	CW GaN**, λ = 444 нм	33	60 мВт	100 мВт	Непрерывный, Т = 300 К, С = 0.20% [66]

* 2ω-OPSL (frequency-doubled optically-pumped semiconductor laser) – накачка излучением второй гармоники полупроводникового лазера с оптической накачкой. ** CW GaN, CW InGaN – лазерные диоды указанного химического состава.

Ион Nd³⁺. Исторически ионы Nd³⁺ являются наиболее широко используемыми активаторами кристаллических матриц, на межмультиплетных переходах которых реализуется ИК-лазерная генерация. Это обусловлено разветвленной схемой уровней 4f ³-конфигурации ионов Nd³⁺ и вместе с тем единственным метастабильным состоянием ⁴F_3/2, что позволяет осуществлять эффективную накачку широкополосным излучением импульсных и непрерывных ламп. С развитием полупроводниковых лазеров были также созданы лазеры на кристаллах Nd³⁺:LiRF₄ (R = Y, Gd–Lu) с резонансной переходам ⁴I_9/2–⁴F_5/2 диодной накачкой.

Основные данные экспериментов, связанных с реализацией лазерной генерации на этих кристаллах в различных режимах, содержатся в многочисленных справочниках и монографиях [32, 84–90]. Отметим лишь, что ИК-лазерная генерация в зависимости от ориентации кристаллической активной среды в резонаторе лазера реализуется на переходах ⁴F_3/2–⁴I_9/2 (λ = 903/908 нм), ⁴F_3/2–⁴I_11/2 (λ = 1047/1053 нм) и ⁴F_3/2–⁴I_13/2 (λ = = 1321/1314 нм) соответственно для π/σ-поляризации (см. рис. 6). Лазерная генерация ИК-излучения характеризуется высокой эффективностью (дифференциальный КПД превышает 51% при накачке кристаллов Nd:YLF лазерными диодами [91]) и стабильностью выходных характеристик.

Рис. 6.

Упрощенная схема уровней ионов Nd³⁺ в кристаллах LiRF₄ (R = Y, Gd–Lu); вертикальными направленными вниз стрелками обозначены известные лазерные переходы.

Кристалл Nd:YLF является вторым после Nd:LaF₃ [92] кристаллом, на котором реализована лазерная генерация на 4f²5d–4f³-переходах ионов Nd³⁺ в УФ-диапазоне при использовании в качестве накачки излучения F₂-лазера (λ = = 157 нм) [93]. УФ-лазерное излучение было получено на длине волны 260 нм в поперечной схеме накачки, была достигнута максимальная энергия излучения ~1 мкДж, а порог возбуждения генерации составил 6 мДж. В этих экспериментах концентрация ионов Nd³⁺ в кристаллах YLF не превышала 0.5 ат. %.

В УФ- и видимом диапазонах длин волн получение лазерной генерации затруднено разветвленным спектром поглощения из возбужденного ⁴F_3/2-состояния ионов Nd³⁺ [94], однако при криогенных температурах ее удается возбудить в непрерывном режиме на переходах ⁴P_3/2–⁴I_11/2 (λ = 413 нм) при T < 90 К и ⁴P_3/2–⁴F_5/2, ²H_9/2 (λ = 730 нм) при T < < 30 К [95]. Для этого использовался эффект фотонной лавины, а накачка осуществлялась лазерным излучением с длиной волны 603.6 нм. При Т = 30 К была достигнута выходная мощность излучения на длине волны 413 нм <10 мкВт при дифференциальном КПД ~ 4.3%. Дифференциальный КПД лазерной генерации на длине волны 730 нм достигал 11%, а при той же температуре (Т = 30 К) выходная мощность превысила 30 мВт.

Для других кристаллов семейства Nd³⁺:LiRF₄ и, в частности, для кристаллов Nd:LLF спектроскопическая информация о штарковской структуре уровней Nd³⁺ и о вероятностях переходов между различными состояниями, полезная для создания новых лазеров, содержится, например, в [96]. О получении непрерывной лазерной генерации в смешанных кристаллах Nd:LiY_{1 –}_xLu_xF₄ сообщалось в [97].

Ион Pm³⁺. Поскольку элемент Pm не имеет стабильных изотопов (наиболее стабильные из них ¹⁴⁵Pm и ¹⁴⁷Pm с периодами полураспада соответственно 17.7 и 2.6 года) и обладает заметной радиоактивностью, его спектроскопические и лазерные свойства изучались менее интенсивно по сравнению с другими ионами лантаноидов. Некоторые данные о спектрально-кинетических и лазерных характеристиках иона Pm³⁺ в активированных им стеклах и ряде кристаллов, в т.ч. в кристаллах YLF, приведены в работах [98–101], в которых теоретически и экспериментально установлено сходство свойств ионов Pm³⁺ и Nd³⁺.

Реализованные и перспективные каналы лазерной генерации (по данным [102]) на ионах Pm³⁺ в твердотельных матрицах приведены на рис. 7. В работе [102] отмечалась деградация оптического качества лазерного материала со временем, обусловленная процессами радиоактивного распада активаторных ионов. В то же время, исследования по облучению кристаллов LiYF₄ и LiTmF₄ нейтронами и β-излучением показали отсутствие деградации их оптических свойств, однако в Pm³⁺-активированных образцах обнаружилось присутствие таких ионов, как Nd³⁺ и Sm³⁺ [101]. Эти ионы являются продуктами распада ионов Pm³⁺, они со временем накапливаются и являются примесями, уменьшающими квантовый выход люминесценции с верхнего лазерного уровня ⁵F₁ ионов Pm³⁺, тем самым затрудняя получение эффективной и долговременно стабильной лазерной генерации. Сама же лазерная генерация на кристаллах Pm³⁺:LiRF₄ до сих пор не реализована.

Рис. 7.

Реализованные (сплошные стрелки) и перспективные (пунктирные стрелки) каналы лазерной генерации на ионах Pm³⁺ в твердотельных матрицах (по данным [102]); оранжевой вертикальной стрелкой показана накачка Pb–In-фосфатного стекла, активированного ионами Pm³⁺, излучением лазера на красителе на длине волны 570 нм, вертикальными направленными вверх стрелками показаны возможные каналы оптической накачки.

Ион Sm³⁺. Структура энергетических уровней ионов Sm³⁺ такова, что энергетические зазоры между ними способствуют безызлучательной релаксации возбуждения, а их расположение – эффективным кросс-релаксационным процессам (рис. 8). Все это в совокупности приводит к сложности реализации лазерной генерации и к тому, что единственным состоянием, на котором реально удается создать инверсную населенность, является мультиплет ⁴G_5/2. Впервые вынужденное излучение на ионах Sm³⁺ было получено на кристалле TbF₃, охлажденном до Т = 116 К при накачке излучения импульсной Xe-лампы [103]. Длина волны лазерной генерации составила 593 нм (переход ⁴G_5/2–⁶H_7/2). Улучшение эффективности накачки достигалось использованием самоактивированной матрицы TbF₃, обеспечивающей поглощение широкополосного излучения Xe-лампы ионами Tb³⁺ и выход энергии возбуждения на верхний лазерный уровень ⁴G_5/2 ионов Sm³⁺.

Рис. 8.

Схема реализации лазерной генерации на переходах ионов Sm³⁺⁴G_5/2–⁶H_7/2 и ⁴G_5/2–⁶H_9/2 c использованием в качестве сенсибилизаторов ионов Tb³⁺ в кристаллах LiTbF₄ и при накачке кристалла Sm³⁺:LiLuF₄ излучением второй гармоники полупроводникового лазера с оптической накачкой (2ω-OPSL).

На основе аналогичных соображений сенсибилизации непрерывная лазерная генерация была реализована также на кристалле Sm³⁺:LiTbF₄ на двух переходах: ⁴G_5/2–⁶H_7/2 (λ = 605 нм) и ⁴G_5/2–⁶H_9/2 (λ = 651 нм) [104]. При накачке излучением Ar-лазера с λ = 488 нм в области переходов ⁷F₆–⁵D₄ ионов Tb³⁺ дифференциальные КПД генерации составили соответственно 20 и 13%. Максимальная мощность генерации на λ = 651 нм достигала 28 мВт. При резонансной накачке излучением второй гармоники полупроводникового лазера с оптическим возбуждением (CW 2ω-OPSL, λ = 479.6 нм, максимальная мощность 4 Вт) в области перехода ⁶H_5/2–⁴I_9/2 ионов Sm³⁺ в кристаллах LiLuF₄ удается возбудить непрерывную лазерную генерацию на переходах ⁴G_5/2–⁶H_7/2 (λ = 606 нм) и ⁴G_5/2–⁶H_9/2 (λ = = 648 нм) [105]. Достигнута максимальная выходная мощность лазерной генерации на длине волны 606 нм в 86 мВт, а на длине волны 648 нм – 93 мВт. Дифференциальный КПД по поглощенной мощности излучения накачки составил соответственно 13 и 15% при оптимальном коэффициенте отражения выходного зеркала резонатора R_opt = 1.7%. Интересной особенностью лазерной генерации на обоих переходах является модуляция генерируемого излучения, представляющая собой близкую к регулярной последовательность пичков с периодом следования ~200 мкс, который, согласно данным [105], зависит от коэффициента отражения выходного зеркала резонатора. В настоящее время природа данного эффекта не ясна, а авторы связывают ее с насыщением поглощения из возбужденных состояний ионов Sm³⁺.

Ион Eu³⁺. Ион Eu³⁺ в кристаллах и кристаллических наночастицах проявляет себя интенсивной люминесценцией в красной области спектра, обусловленной межмультиплетными 4f–4f-переходами с метастабильного состояния ⁵D₀ на состояния ⁷F_j (рис. 9 [106]). Однако величины сечения поглощения переходов на высоковозбужденные мультиплеты ионов Eu³⁺ в области энергий больше 15 000 см^–1 в кристаллах оказываются достаточно малыми, что затрудняет реализацию лазерной генерации с ламповой накачкой. Кроме того, эффективное возбуждение состояния ⁵D₀ проблематично ввиду отсутствия подходящих распространенных и дешевых лазерных источников накачки. По этим причинам лазерная генерация на переходах ионов Eu³⁺ осуществлена до сих пор лишь в некоторых кристаллах. Так, с накачкой излучением импульсных ламп стимулированное излучение получено на переходе ⁵D₀–⁷F₂ в кристаллах Y₂O₃ (λ = 611.3 нм) [107] и YVO₄ (λ = = 619.3 нм) [108] при криогенных температурах (Т = 220 и 90 К соответственно), а с использованием лазерного возбуждения непрерывная лазерная генерация получена на переходе ⁵D₀–⁷F₄ ионов Eu³⁺ в кристаллах KGd(WО₄)₂ (λ = 702.3 нм) и KY(WО₄)₂ (λ = 702.1 нм) [109, 110]. В последнем случае накачка осуществлялась излучением второй гармоники лазера Nd:KGW на длине волны 533.6 нм в полосу поглощения ⁷F₀–⁵D₁ ионов Eu³⁺.

Рис. 9.

Схема энергетических уровней ионов Eu³⁺ в кристаллах YLF [106]; стрелками показаны межмультиплетные переходы, соответствующие либо наиболее интенсивным линиям в спектрах поглощения и люминесценции, либо интересным с точки зрения осуществления селективной лазерной накачки.

Среди фторидов лазерная генерация реализована на переходе ⁵D₀–⁷F₄ (λ = 702.3 нм) ионов Eu³⁺ лишь в кристаллах YLF [106, 111]. Эксперименты осуществлялись на кристалле Eu³⁺:YLF, выращенном с перпендикулярным направлением оптической оси относительно кристаллической були и с содержанием активатора 7.6%. В качестве накачки использовалось непрерывное излучение второй гармоники лазера на титане в сапфире (λ_нак = 393.5 нм). Порог возбуждения стимулированного излучения составил 115 мВт, а дифференциальный КПД лазерной генерации достигал 5% по поглощенной мощности накачки. Столь незначительный КПД авторы [106] связывают с возможными потерями, обусловленными поглощением из возбужденного состояния ⁵D₀–⁵H_5,6 ионов Eu³⁺, и отсутствием при проведении экспериментов антиотражающих покрытий на внутрирезонаторных элементах. В работе [106] также содержится важная спектроскопическая информация о сечениях переходов, которая полезна для теоретических оценок возможности осуществления лазерной генерации на других переходах ионов Eu³⁺ в кристаллах семейства LiRF₄.

Ион Gd³⁺. В литературных источниках имеется лишь единственное упоминание об использовании межмультиплетных переходов ионов Gd³⁺ в качестве лазерных (в кристаллах Gd³⁺:Y₃Al₅O₁₂ [112]). Спектроскопические свойства Gd³⁺ в кристаллах LiRF₄ достаточно подробно обсуждались в [113–115]. Отсутствие реального интереса к данному иону со стороны исследователей, работающих в области квантовой электроники, обусловлено локализацией его энергетических состояний в области энергий, соответствующих квантам ультрафиолетового диапазона и отсутствием подходящих для их возбуждения источников накачки (рис. 2).

Самоактивированный кристалл LiGdF₄ представляет некоторый интерес с точки зрения разработки люминофоров, возбуждаемых вакуумным ультрафиолетовым излучением, с квантовой эффективностью, превышающей единицу (см., например, [116, 117]). Однако из-за низких сечений 4f–4f-переходов ионов Gd³⁺ энергетическая эффективность такого люминофора остается незначительной [117].

Ион Tb³⁺. История использования кристаллов двойных фторидов со структурой шеелита, активированных ионами Tb³⁺, в качестве лазерного материала начинается с работы Jenssen с соавторами [118]. В ней сообщается о получении лазерной генерации в зеленой области спектра на переходе ⁵D₄–⁵F₅ (λ = 544.5 нм) в кристалле LiY_0.5Tb_0.25Gd_0.25F₄. Генерация была получена при накачке излучением импульсной Xe-лампы при комнатной температуре. Пороговая энергия накачки составила 50 Дж на 1 дюйм длины кристалла диаметром 4 и длиной 40 мм. Достигнута энергия импульса лазерной генерации 50 мДж. Особенностью иона Tb³⁺ в кристаллах фторидов являются малые значения сечения поглощения 4f–4f-переходов (~2 × 10^–21 см²), что затрудняет их заселение при использовании оптической накачки. С другой стороны, большое люминесцентное время жизни мультиплета ⁵D₄ в кристаллах YLF и LLF, составляющее 4.8 мс вплоть до концентрации ионов Tb³⁺ 30 ат. % и спадающее до ~2 мс в кристаллах LiTbF₄ [119], позволяет эффективно накапливать энергию накачки на этом состоянии. Поэтому в [118] использовались кристаллы с высоким (25 ат. %) содержанием ионов Tb³⁺. Кроме того, кристаллы были сенсибилизированы ионами Gd³⁺ с целью увеличения эффективности ламповой накачки. На рис. 10 приведена схема энергетических уровней ионов Tb³⁺ в кристаллах LiLnF₄ (Ln = Y, Lu), на которой изображены различные способы возбуждения лазерной генерации на переходах ⁵D₄–⁵F₅, ⁵F₄, а в табл. 3 приведены ее основные характеристики.

Рис. 10.

Схема получения лазерной генерации на переходах ⁵D₄–⁵F₅,⁵F₄ (сплошные стрелки, направленные вниз) ионов Tb³⁺ в кристаллах LiYF₄ и LiLuF₄ при накачке излучением импульсной ксеноновой лампы [118], излучением второй гармоники полупроводникового лазера с оптической накачкой (2ω-OPSL) [119] и второй гармоникой лазера на Ti³⁺:Al₂O₃ [121]; пунктирными стрелками обозначены нереализованные каналы лазерной генерации.

Таблица 3.

Основные характеристики и условия получения лазерного излучения, реализованного на 4f–4f-переходах ионов Tb³⁺ в кристаллах LiRF₄ (R = Y, Gd–Lu)

Кристалл	Лазерный переход	Длина волны, нм/поляриза-ция излучения	Источник накачки	Дифференциальный КПД генерации, %	Пороговая энергия (мощность) накачки	Выходная энергия (мощность) накачки	Примечания
LiYF₄ C_Tb = 25% C_Gd = 25%	⁵D₄–⁵F₅	544.5	Xe-лампа	–	50 Дж/дюйм	50 мДж	Импульсный, Т = 300 К, 4 × 40 мм², LiY_0.5Tb_0.25Gd_0.25F₄ [118]
LiYF₄	⁵D₄–⁵F₅	542 и 544/σ	CW 2ω-OPSL* λ = 486.2 нм	55 (T_oc** = 1.0%)	8 мВт (T_oc = 1.0%)	158 мВт (T_oc = 1.0%)	CW, Т = 300 К, а-cut**** 4.7 мм, 16%Tb:LiYF₄ [120]
	⁵D₄–⁵F₅	544/σ	CW 2ω-OPSL λ = 488 нм	63 (T_oc = 25%)	155 мВт (T_oc = 1.9%)	1117 мВт (T_oc = 1.9%)	CW, Т = 300 К, c-cut 30 мм, 15%Tb:LiYF₄ [122]
	⁵D₄–⁵F₄	587/σ	CW 2ω-OPSL λ = 486.2 нм	22 (T_oc = 3%)	32 мВт (T_oc = 3%)	71 мВт (T_oc = 3%)	CW, Т = 300 К а-cut 4.7 мм, 16%Tb:LiYF₄ [120]
	⁵D₄–⁵F₄	582/σ	CW 2ω-OPSL λ = 488 нм	21 (T_oc = 2.1%)	~820 мВт (T_oc = 2.1%)	106 мВт (T_oc = 2.1%)	CW, Т = 300 К, c-cut 30 мм, 15%Tb:LiYF₄ [122]
LiLuF₄	⁵D₄–⁵F₅	542 и 544/σ	CW 2ω-OPSL λ = 486.2 нм	58 (T_oc = 1.6%)	35 мВт (T_oc = 1.6%)	613 мВт (T_oc = 1.6%)	CW, Т = 300 К, а-cut 11.4 мм, 14%Tb:LiLuF₄ [119, 120]
	⁵D₄–⁵F₄	587/σ	CW 2ω-OPSL λ = 486.2 нм	14 (T_oc = 3%)	107 мВт (T_oc = 3%)	82 мВт (T_oc = 3%)	CW, Т = 300 К, а-cut 11.4 мм, 14%Tb:LiLuF₄ [119, 120]
	⁵D₄–⁵F₅	542/σ	CW 2ω-Ti³⁺:Al₂O₃ лазер λ = 359 нм	40 (T_oc = 1.7%)	~45 мВт (T_oc = 1.7%)	~80 мВт (T_oc = 1.7%)	CW, Т = 300 К, а-cut 11.4 мм, 14%Tb:LiLuF₄ [121]
	⁵D₄–⁵F₄	587/σ	CW 2ω-Ti³⁺:Al₂O₃ лазер λ = 359 нм	20 (T_oc = 1%)	~80 мВт (T_oc = 1%)	~35 мВт (T_oc = 1%)	CW, Т = 300 К, а-cut 11.4 мм, 14%Tb:LiLuF₄ [121]
LiTbF₄	⁵D₄–⁵F₅	544.1/σ	CW 2ω-OPSL λ = 488 нм	36(CW) 45 (квази-CW, Q**** = 10) (T_oc = 1.2%)	455 мВт (CW) 350 мВт (квази-CW, Q**** = 10) (T_oc = 1.2%)	315 мВт (квази-CW, Q**** = 2) (T_oc = 1.2%)	CW и квази-CW, Т = 300 К, a-cut, 6 мм LiTbF₄ [122]

* 2ω-OPSL (frequency-doubled optically-pumped semiconductor laser) – накачка излучением второй гармоники полупроводникового лазера с оптической накачкой. ** T_oc – коэффициент пропускания выходного зеркала резонатора. *** Q – скважность импульсов накачки. **** а-cut или с-cut – означает, как вырезан кристаллический образец и ориентированы его кристаллографические оси относительно оси лазерного резонатора: для а‑cut кристалла можно получить лазерную генерацию в обеих (π или σ) поляризациях, а для с-cut только в σ-поляризации.

Важным является то обстоятельство, что, вопреки ожиданиям сильного поглощения из возбужденных ⁵D_j-мультиплетов ионов Tb³⁺ на состояния близко расположенной смешанной 4f ⁷5d-конфигурации, на лазерных переходах ⁵D₄–⁵F₅, ⁵F₄ оно незначительно, поскольку переходы ⁵D_j(4f ⁸)–⁹D(4f ⁷5d) запрещены. Напротив, в области переходов ⁵D₄–⁵F_J _> 4 сечение поглощения из возбужденных состояний превышает сечения стимулированного излучения и лазерная генерации на этих переходах в кристаллах YLF и LLF невозможна [120]. Результаты зондирования возбужденных кристаллов LiRF₄ (R = Y, Lu) также свидетельствуют о том, что максимальное оптическое усиление на переходах ⁵D₄–⁵F₅, ⁵F₄ наблюдается для σ-поляризованного излучения [120].

С появлением мощных полупроводниковых источников излучения лазерную генерацию на переходах ионов Tb³⁺ в кристаллах получают путем резонансного ⁷F₆–⁵D₄-возбуждения на длинах волн ~486–488 нм. В частности, в кристалле LiY_0.84Tb_0.16F₄ при использовании излучения второй гармоники полупроводникового лазера с оптической накачкой (2ω-OPSL) удается реализовать лазерную генерацию на переходе ⁵D₄–⁵F₅ одновременно на двух длинах волн: λ = 542 и 544 нм. Порог ее возбуждения составил ~8 мВт, мощность излучения на λ = 544 нм достигала 158 мВт, а дифференциальный КПД по поглощенной мощности – ~55% [120]. О несколько лучших энергетических характеристиках сообщается в работе [122], авторами которой на кристалле LiY_0.85Tb_0.15F₄ с ориентацией оптической оси с, направленной вдоль лазерного резонатора (c-cut), на этом же переходе достигнуты дифференциальный/энергетический КПД по поглощенной мощности накачки 63 и 55% соответственно. При этом выходная мощность излучения на длине волны 544 нм составила 1.17 Вт. Авторы [120, 122] также приводят результаты исследования лазерной генерации в желтой области спектра на переходе ⁵D₄–⁵F₄ (см. табл. 3). При этом из-за больших значений внутрирезонаторных потерь энергетические характеристики вынужденного излучения на этом переходе примерно вдвое хуже, чем аналогичные характеристики генерации в зеленой области спектра. Причем, согласно [123], длина волны лазерного излучения может перестраиваться в пределах контуров спектральных линий.

Переход от кристаллов Tb:YLF к кристаллам Tb:LLF практически не изменяет энергетические характеристики лазерной генерации на ионах Tb³⁺ [119–123].

Многообещающим лазерным материалом представляются также самоактивированные кристаллы LiTbF₄, поскольку высокая концентрация ионов Tb³⁺ при сохранении приемлемого квантового выхода люминесценции позволяет в перспективе разработать на их основе мощные дисковые лазеры видимого диапазона. Впервые о непрерывной и квази-непрерывной лазерной генерации на этом кристалле сообщается в [122]. Установлено, что порог возникновения вынужденного излучения составил ~455 мВт для непрерывной накачки и снижался до ~350 мВт при скважности импульсов накачки, равной 10. При этом также рос дифференциальный КПД лазерной генерации – от 36 до 45%. Подобное поведение свидетельствует о существенном влиянии тепловых эффектов, индуцируемых в кристалле LiTbF₄ излучением накачки, вследствие снижения теплопроводности матрицы по сравнению с образцами, содержащими меньшее число ионов-активаторов.

Привлекательным способом накачки кристаллов, активированных ионами Tb³⁺, является использование УФ-излучения гармоник серийных твердотельных лазеров (например, третьей гармоники лазера на Nd:YAG (λ = 355 нм) и им подобных). Кроме того, коэффициенты поглощения в УФ области спектра в несколько раз превышают аналогичные коэффициенты на длинах волн 486–488 нм, что позволяет уменьшить толщину лазерных элементов и снизить влияние возникающих при накачке тепловых эффектов. В работе [121] осуществлены эксперименты по получению лазерной генерации на переходах ⁵D₄–⁵F₅,⁵F₄ ионов Tb³⁺ в кристаллах LLF при накачке непрерывным излучением с длиной волны 359 нм. Результаты исследований показывают, что переход к УФ-накачке не приводит к существенному ухудшению лазерных характеристик (см. табл. 3) и тем самым подтверждают работоспособность предлагаемого подхода.

Ион Dy³⁺. Исчерпывающие данные о спектроскопических свойствах кристаллов Dy³⁺:YLF и Dy³⁺:LLF опубликованы авторами [124–128]. Результаты их исследований свидетельствуют о перспективности использования 4f–4f-переходов ионов Dy³⁺ для создания лазеров ИК- и видимого диапазонов [129]. Однако точно так же как и для ионов Sm³⁺ и Eu³⁺, имеются сложности с эффективной накачкой состояний ионов Dy³⁺, по крайней мере до энергий ~26000 см^–1, из-за низких вероятностей переходов ⁶H_15/2–⁶H_j, ⁶F_j–⁴F_9/2… [124–129]. Эта же причина обуславливает невозможность реализации непрерывной лазерной генерации с конечными состояниями ⁶H_j, ⁶F_j ввиду их длинных (миллисекундных) времен жизни. Увеличение же концентрации ионов Dy³⁺ приводит к интенсивным кросс-релаксационным процессам, поэтому для практических применений она не должна превышать ~10²¹ см^–3 (<10 ат. %) [130].

ИК-лазерная генерация на ионах Dy³⁺ в кристаллах двойных фторидов со структурой шеелита в настоящее время осуществлена на межмультиплетных переходах ⁶H_11/2–⁶H_13/2 (λ = 4.34 мкм) [131] и ⁶H_13/2–⁶H_15/2 (λ = 2.96 мкм) [132]. С целью исключения высоких внутрирезонаторных потерь, обусловленных поглощением паров воды в воздухе, лазерные эксперименты осуществлялись в атмосфере CO₂ или N₂. Схема энергетических состояний ионов Dy³⁺ в кристаллах LiRF₄ с обозначенными лазерными переходами и переходами, инициируемыми излучением накачки, представленa на рис. 11, а основные характеристики лазерного излучения суммированы в табл. 4.

Рис. 11.

Схема энергетических уровней иона Dy³⁺ в кристаллах LiYF₄ и LiLuF₄; цветными стрелками показаны каналы накачки и лазерной генерации, пунктирными – процессы кросс-релаксации [130–134]; схемы уровней ионов Tb³⁺ и Eu³⁺ приведены для иллюстрации процессов опустошения нижних лазерных уровней, позволяющих реализовать непрерывную лазерную генерацию в видимом диапазоне спектра [130, 133].

Таблица 4.

Основные характеристики и условия получения лазерного излучения, реализованного на 4f–4f переходах ионов Dy³⁺в кристаллах LiYF₄ и LiLuF₄

Кристалл	Лазерный переход	Длина волны, нм/поляризация излучения	Источник накачки	Дифферен-циальный КПД генерации, %	Пороговая энергия (мощность) накачки	Выходная энергия (мощность) накачки	Примечания
LiYF₄	⁶H_11/2–⁶H_13/2	4340/σ-пол.	Лазер с модуляцией добротности Er:YLF, λ = 1.73 мкм	5.2 (T_oc = 9.1)	10–15 мДж	0.22 мДж	Импульсный, Т = 300 К, 20 мм, 5%Dy:LiYF₄ [130]
	⁶H_13/2–⁶H_15/2	2960/π-пол.	Nd:YAG, λ = 1.32 мкм	–	~90 мДж	–	Импульсный,Т = 300 К, a-cut, 30 мм, 1%Dy:LiYF₄ [131]
	⁴F_9/2–⁶H_13/2	574/σ-пол.	CW InGaN, λ = 450 нм	9	~370 мВт	~30 мВт	CW, Т = 300 К, Dy,Eu:LiYF₄ [129]
LiLuF₄	⁴F_9/2–⁶H_13/2	578/σ-пол.	CW InGaN, λ = 450 нм	4	178 мВт	17 мВт	Автомодуляция, Т = 300 К, Dу:LiLuF₄ [129]
		574/σ-пол.		13 (T_oc = 0.59)	~320 мВт (T_oc = 0.59%)	~55 мВт (T_oc = 0.59%)	CW, Т = 300 К, a-cut, 33 × 3 × 19 мм, Dy (4%), Tb (1%):LiLuF₄ [132]
		574/σ-пол.		10	244 мВт	47 мВт	CW, Т = 300 К, Dy, Eu:LiLuF₄ [129]
	⁴F_9/2–⁶H_11/2	661/π		2	143 мВт	4 мВт	Автомодуляция, Т = 300 К, Dу:LiLuF₄ [129]

В видимом диапазоне стимулированное излучение теоретически может быть реализовано на переходах с состояния ⁴F_9/2 на нижележащие мультиплеты ⁶H_j, ⁶F_j, однако вплоть до настоящего времени лазерная генерация осуществлена лишь на переходах ⁴F_9/2–⁶H_13/2 и ⁴F_9/2–⁶H_11/2 [133, 134]. Причиной этого, как уже упоминалось выше, является накопление населенности на долгоживущих нижних лазерных уровнях в результате многочисленных кросс-релаксационных процессов, приводящее к невозможности создания инверсной населенности или возникновения т.н. нерегулярной самомодулированной лазерной генерации, наблюдаемой, например, в кристаллах Dy³⁺:YLF и Dy³⁺:LLF при непрерывной накачке излучением InGaN-лазерного диода с длиной волны 450 нм [130, 133, 134]. Значительно уменьшить время жизни нижних лазерных уровней удается путем соактивации кристаллов ионами Tb³⁺ и Eu³⁺. Так, в кристаллах LLF, содержащих 4 ат. % ионов Dy³⁺, время жизни мультиплета ⁶H_13/2 сокращается в 5 раз (с ~300 до ~60 мкс) при соактивации ионами Tb³⁺ (С = 1 ат. %). При этом квантовый выход люминесценции с верхнего лазерного состояния ⁴F_9/2 падает не более чем на 1% [130]. В результате резко увеличивается дифференциальный КПД лазерной генерации (табл. 4), при этом удается реализовать непрерывный режим лазерной генерации и даже осуществить ее на других межштарковских ⁴F_9/2–⁶H_13/2-переходах.

Подобного эффекта также можно ожидать в случае реализации каскадной генерации типа ⁴F_9/2–⁶H_13/2–⁶H_15/2, что до сих пор не осуществлено. Поиск других соактиваторов и оптимизация их концентраций остаются до сих пор актуальными.

Ион Ho³⁺. Ионы Ho³⁺ в кристаллах LiRF₄ используются для получения лазерной генерации в безопасном для глаз окне прозрачности ИК-диапазона на переходах ⁵I₇–⁵I₈ (λ ≈ 2.06 мкм). Именно исследованиям, направленным на получение и улучшение характеристик Ho³⁺-активированных твердотельных ИК-лазеров, посвящено большинство публикаций [135–141, 144]. Всего в кристаллах LiRF₄ (R = Y, Er, Ho, Yb и Lu) реализовано 10 каналов лазерной генерации, причем на некоторых из них стимулированное излучение удается возбудить лишь при криогенных температурах (см. рис. 12 и табл. 5). Так, например, при температуре 90 К в самоактивированных кристаллах LiHoF₄ лазерную генерацию удается возбудить на переходах ⁵F₅–⁵I_J (J = 5, 6, 7) [150]. Однако высокая концентрация ионов Ho³⁺ препятствует возбуждению стимулированного излучения на переходах ⁵I₆–⁵I₇ и ⁵I₇–⁵I₈ вследствие интенсивных кросс-релаксационных процессов типа ⁵I₆–⁵I₄ и ⁵I₇–⁵I₈, ⁵I₅–⁵S₂, ⁵F₄ и ⁵I₇–⁵I₈, а также ⁵I₅–⁵F₅ и ⁵I₇–⁵I₈, опустошающих верхние лазерные уровни ⁵I₆ и ⁵I₇ [151].

Рис. 12.

Схема энергетических уровней иона Ho³⁺ в кристаллах двойных фторидов со структурой шеелита; цветными стрелками показаны каналы накачки и лазерной генерации; также показана схема уровней сенсибилизаторных ионов Er³⁺, Tm³⁺ и Yb³⁺, соактивация которыми позволила увеличить эффективность накачки или реализовать накачку излучением других лазеров; цифрами от 1 до 10 показаны известные лазерные переходы ионов Ho³⁺ в кристаллах LiRF₄ (R = Y, Er, Ho, Yb и Lu) [135–151], длины волн лазерной генерации для этих переходов (см. также табл. 5): 1 – λ ≈ 2.06 мкм, 2 – λ ≈ 1.673 мкм, 3 – λ ≈ 3.914 мкм, 4 – λ ≈ 750 нм, 5 – λ ≈ 1.183 мкм, 6 – λ ≈ 1.392 мкм, 7 – λ ≈ 2.83 мкм, 8 – λ ≈ 2.352 мкм, 9 – λ ≈ 1.49 мкм и 10 – λ ≈ 979 нм; цифрами 6-2 и 6-3 обозначены каскадные лазерные переходы ⁵S₂–⁵I₅ и ⁵I₅–⁵I₇, ⁵S₂–⁵I₅ и ⁵I₅–⁵I₆соответственно.

Таблица 5.

Основные характеристики лазерного излучения, реализованного на 4f–4f-переходах ионов Ho³⁺в кристаллах LiRF₄ (R = Y, Er, Ho, Yb и Lu)

Кристалл	Лазерный переход	Длина волны, нм/поляри-зация излучения	Источник накачки	Дифференциаль- ный КПД генерации, %	Пороговая энергия (мощность) накачки	Выходная энергия (мощность) накачки	Примечания
LiYF₄ (αβHo*)	⁶I₇–⁵I₈	~2060/π	CW W-лампа	4.75 (R_oc = 80%)	150 Вт	62 Вт	Непрерывный, Т = 77 К, a-cut, Ø5 × 75 мм, 0.1%Ho:LiYF₄ [134]
			Xe-лампа	1.3 (R_oc = 85%)	12.1 Дж	–	Импульсный, Т = 300 К, a-cut, Ø3 × 27 мм, 1.1%Ho:LiYF₄ [135]
			Xe-лампа	0.22 (R_oc = 65%)	750 Дж (R_oc = 65%)	~650 мДж	Импульсный, Т = 300 К, a-cut, Ø6.3 × 49мм, 0.4%Ho:LiYF₄ [136]
			CW LD λ = 790 нм	33 (R_oc = 95%)	7 мВт	56 мВт	Непрерывный, Т = 77–124 К, a-cut, 5 × 5 × 10 мм, 1%Ho:LiYF₄ [137]
LiYF₄	⁶I₇–⁵I₈	~2060/π	CW LD λ = 792 нм	30 (R_oc = 98%)	108 мВт	26 мВт	Непрерывный, Т = 77–300 К, a-cut, l = 2 мм, C_Ho = 0.4% C_Tm = 6% [138]
			Xe-лампа	–	12 Дж	–	Импульсный, Т = 300 К, a-cut, Ø3 × 22 мм, C_Ho = 2% [139]
			Лазер на красителе λ = 480 нм	>30	0.3 мДж/см	–	Импульсный, Т = 300 К, a-cut, Ø3 × 22 мм, C_Ho = 2% [139]
			LD λ = 793 нм f = 1 кГц τ_имп = 1 мс	15.2 (R_oc = 94%)	520 мДж	–	Импульсно-периодический, Т = 300 К, a-cut, Ø4 × 10 мм, C_Ho= 0.5% C_Tm = 6% [140]
	Каскадная генерация ⁵S₂–⁵I₅ и ⁵I₅–⁵I₇	1392 и 1673	2ω-Nd-лазер на стекле λ = 535 нм	КПД = 17	10 мДж	175 и 90 мкДж	Импульсный, Т = 300 К, a-cut, 8 × 8 × 10 мм, C_Ho = 1% [141, 142]
	Каскадная генерация ⁵S₂–⁵I₅ и ⁵I₅–⁵I₆	1392 и 3914	2ω-Nd-лазер на стекле λ = 535 нм	–	18 мДж	600 и 25 мкДж
LiLuF₄	⁶I₇–⁵I₈	2055/π	LD λ = 793 нм f = 1 кГц τ_имп = 1 мс	19.3 (R_oc = 94%)	455 мДж	79 мДж	Импульсно-периодический, Т = 300 К, a-cut, Ø4 × 10 мм, C_Ho = 0.5% C_Tm = 5% [140]
	⁶I₇–⁵I₈	2054.2/π	Tm-волоконный лазер λ = 1938 нм	41.4 (R_oc = 94%)	~2.4 Вт	7.1 Вт	Непрерывный, Т = 300 К, a-cut, Ø1.3 × 21 мм, C_Ho = 0.25% [143]
	⁵S₂–⁵I₇	750.1 750.5	Xe-лампа	–	8 Дж 10 Дж	–	Непрерывный, Т = 110 К a-cut, Ø6 × 45 мм, C_Ho= 2% [144]
	⁵S₂–⁵I₆	1018.3		–	12 Дж	–
	⁵S₂–⁵I₅	1391.8 1392.0		–	5 Дж (110 К) 40 Дж (300 К)	–
	⁵S₂–⁵I₇	750.6	LD InGaN λ = 449 нм f = 50 Гц τ_имп = 0.1 мс	–	–	–	Импульсно-периодический, Т = 300 К, a-cut, l = 3 мм, C_Ho = 0.6% [145]
LiErF₄	⁶I₇–⁵I₈	2049–2065/π	Xe-лампа	–	–	–	Импульсный, перестраиваемый Т = 300 К, a-cut, Ø3 × 50 мм, C_Ho = 0.5% C_Tm = 0.5% C_Y = 4.5% [146]
LiYbF₄	⁶I₇–⁵I₈	2060/π	Nd-лазер λ = 1060 нм	КПД = 12.1%	2.2 Дж	–	Импульсный, Т = 300 К, a-cut, Ø6 × 36 мм, C_Ho = 1% [147, 148]
LiYbF₄	⁶I₆–⁵I₇	2830/π	Nd-лазер λ = 1060 нм	КПД = 2.9%	140 мДж	–
LiHoF₄	⁵F₅–⁵I₅	2352	Xe-лампа	–	4–5 Дж/см 7.5 Дж	–	Импульсный, Т = 90 К, a-cut, Ø3 × 15 мм [149, 150]
	⁵F₅–⁵I₆	1490		–		–
	⁵F₅–⁵I₇	979		–		–

* αβHo – общепризнанные обозначения сенсибилизации кристаллов, активированных ионами Ho³⁺, ионами Er³⁺ и Tm³⁺для повышения эффективности накачки (см., например, рис. 12); как правило, концентрация ионов Er³⁺ выбирается около 50 ат. %, а ионов Tm³⁺ – от 5 до 12 ат. % [134–137].

Лазерную генерацию в видимом диапазоне спектра на кристаллах LiRF₄ (R = Y, Er, Ho, Yb и Lu) до сих пор возбудить не удалось, но принципиально такая возможность не исключается [152].

Ион Er³⁺. Как и в случае ионов Ho³⁺, при малых (до нескольких ат. %) концентрациях ионов Er³⁺ в кристаллах LiRF₄ (R = Y, Gd, Lu) все мультиплеты Er³⁺, локализуемые в области энергий до 20 000 см^–1, являются излучательными, они характеризуются длинными временами жизни (не менее 100 мкс) и пригодны для использования в качестве верхних лазерных уровней [151, 153]. При этом разветвленный и интенсивный спектр поглощения ионов Er³⁺ позволяет осуществлять накачку этих состояний как излучением импульсных Xe-ламп, так и различных лазеров. Реализованные каналы лазерной генерации и результаты пионерских и наиболее значимых лазерных тестов представлены на рис. 13 и в табл. 6.

Рис. 13.

Схема энергетических уровней иона Er³⁺ в кристаллах двойных фторидов со структурой шеелита; цветными стрелками с цифрами показаны известные лазерные переходы ионов Er³⁺ в кристаллах LiRF₄ (R = Y, Er, Gd и Lu) [155–181]; длины волн лазерной генерации для лазерных переходов (см. также табл. 6): 1 – λ ≈ 470 нм, 2 – λ ≈ 560 нм, 3 – λ ≈ 702 нм, 4 – λ ≈ 552 нм, 5 – λ ≈ 850 нм, 6 – λ ≈ 1.23 мкм, 7 – λ ≈ 1.73 мкм, 8 – λ ≈ 670 нм, 9 – λ ≈ 2 мкм, 10 – λ ≈ ≈ 3.4 мкм, 11 – λ ≈ 2.9 мкм и 12 – λ ≈ 1.62 мкм; цифрами 11-12, 6-11 и 7-11-12 обозначены каскадные лазерные переходы ⁴I_11/2–⁴I_13/2–⁴I_15/2, ⁴S_3/2–⁴I_11/2–⁴I_13/2 и ⁴S_3/2–⁴I_9/2 и ⁴I_11/2–⁴I_13/2–⁴I_15/2 соответственно.

Таблица 6.

Основные характеристики лазерного излучения, реализованного на 4f–4f-переходах ионов Er³⁺ в кристаллах LiRF₄ (R = Y, Gd, Er и Lu)

Кристалл	Лазерный переход	Длина волны/поляри-зация излучения	Источник накачки	Дифферен-циальный КПД генерации, %	Пороговая энергия (мощность) накачки	Выходная энергия (мощность) генерации	Примечания
LiYF₄	²P_3/2–⁴I_11/2	469.7 нм/π	Лазер на красителе λ = 653.2 нм	5 (R_ос = 99.5%)	10 мВт	6 мВт	Непрерывный, Т = 33 К C_Er = 1% [155]
	²P_3/2–⁴I_11/2	469.7 нм/π	CW-лазер Ti³⁺:Al₂O₃ λ = 969.3–796.9 нм	0.4 (R_ос = 99.5%)	180 мВт	2 мВт
	²H_9/2–⁴I_13/2	560.6 нм/π	CW-лазер Ti³⁺:Al₂O₃ λ = 969.3–792.9 нм	2.7 (R_ос = 99.5%)	70 мВт	3.5 мВт
	²H_9/2–⁴I_11/2	701.5 нм/π	CW-лазер ССNaCl λ = 1.55 мкм	0.09 (R_ос = 97%)	180 мВт	360 мкВт (P_нак = 600 мВт)	Непрерывный, Т = 10 К C_Er = 5% l = 3 мм [156]
	⁴S_3/2–⁴I_15/2	551 нм	Лазер на красителе λ = 791 нм	Зафиксирован факт возникновения лазерной генерации			Самомодулированный, 100 нс имп., F_повт = 100 кГц Т = 60–65 К C_Er = 5% l = 5 мм [157]
		550.965 нм, 551.250 нм/π	CW-лазер Ti³⁺:Al₂O₃ λ = 796.9 нм	14 (R_ос = 90%)	0.8 Вт	460 мВт	Непрерывный, Т = 20 К C_Er = 5% l = 5 мм [158]
		551.6 нм/π	CW-лазер ССNaCl λ = 1.55 мкм	~10.8 (R_ос = 84%)	40 мВт	34 мВт	Непрерывный, Т = 9 К C_Er = 5% l = 3 мм [159]
			Импульсный лазер на красителе λ = 486 нм	6 (R_ос = 80%)	75 мкДж	30 мкДж	Импульсный, F_повт < 10 Гц Т = 300 К C_Er = 1% l = 2.4 мм [160]
			Одновременная накачка Ti³⁺:Al₂O₃-импульсный лазер λ = 810 нм и 1.5 Вт Kr-лазер λ = 647 нм	20 (R_ос = 64%)	0.1 мДж	0.95 мДж	Импульсный, Т = 300 К C_Er = 1% l = 2.4 мм [161]
LiYF₄	⁴S_3/2–⁴I_15/2	551.6 нм/π	CW-лазер Ti³⁺:Al₂O₃ λ = 955–974.5 нм	3.4% (R_ос = 95%)	418 мВт	367 мВт (P_нак = 1.58 Вт на λ = 966 нм )	Непрерывный, Т = 300 К l = 3 мм C_Er = 1% C_Yb = 3% [162]
	⁴S_3/2–⁴I_15/2	551.6 нм/π	CW-лазер Ti³⁺:Al₂O₃ λ = 974 нм	26	~60 мВт	45 мВт	Непрерывный, Т = 300 К l = 44 мм C_Er = 1% [163]
	⁴S_3/2–⁴I_13/2	850.3 нм/π	Xe-лампа	–	32.5 Дж R_ос = 98%	–	Импульсный, Т = 110–300 К C = 2% Ø5 × 50 мм [164]
				~0.03 (R_ос = 78%)	~108 Дж	~100 мДж	Импульсный, Т = 300 К Ø5 × 35 мм C_Er = 2% C_Pr = 0.3% [165]
				–0.48 (R_ос = 63%)	39 Дж	310 мДж	Импульсный, Т = 300 К Ø5 × 55 мм C_Er = 2% [166]
			Импульсный ER-лазер на стекле λ = 1.53 мкм	–	~50 мДж	–	Импульсный, Т = 110 К Ø5 × 75 мм C_Er = 5% [167]
			CW-лазер Ti³⁺:Al₂O₃ λ = 792 нм	22.5 (R_ос = 92.9%)	~450 мВт	1.2 Вт (P_нак = 5.5 Вт)	Непрерывный, Т = 300 К l = 6.5 мм C_Er = 1% [168]
	⁴S_3/2–⁴I_11/2	1.2308 мкм	Xe-лампа	–	40 Дж (R_ос = 98%)	–	Импульсный, Т = 110–300 К C=2% Ø5 × 50 мм [164]
		1.2292 мкм		~0.1 (R_ос = 70%)	~78 мДж	~50 мДж	Импульсный, Т = 300 К Ø5 × 55 мм C_Er = 2% [166]
		~1.23 мкм	Импульсный ER-лазер на стекле λ = 1.53 мкм	–	~130 Дж	–	Импульсный, Т = 110 К Ø5 × 75 мм C_Er = 5% [167]
LiYF₄	⁴S_3/2–⁴I_9/2	~1.732 мкм	Xe-лампа	–	~95 Дж	–	Импульсный, Т = 110–300 К C = 2% Ø5 × 50 мм [164]
		~1.664 мкм	Xe-лампа	–	~189 Дж	–	Импульсный, Т = 110 К Ø5 × 65 мм C_Er = 2% [169]
		~1.73 мкм	Импульсный ER-лазер на стекле λ = 1.53 мкм	КПД = 11% (R_ос = 98%)	5 мДж	30 мДж (Е_нак = 270 мДж)	Импульсный, Т = 110 К Ø5 × 75 мм C_Er = 5% [167]
	⁴F_9/2–⁴I_15/2	671 нм	CW-лазер на красителе λ = 791 нм	КПД = 0.3% (R_ос = 99.5%)	~80 мВт	1 мВт (P_нак = 300 мВт)	Непрерывный, Т = 60 К C_Er = 5% l = 5 мм [157]
	⁴F_9/2–⁴I_9/2	3.41 мкм/σ	CW-лазер на красителе λ = 650 нм	КПД = 2% (R_ос = 99%)	~250 мВт	12 мВт	Непрерывный, Т = 77 К C_Er = 4% l = 5 мм [170]
	⁴I_11/2–⁴I_13/2	~2.9 мкм/σ	Xe-лампа	–	~130 Дж	–	Импульсный, Т = 110–300 К C = 2% Ø5 × 50 мм [164]
		~2.8 мкм	LD λ = 797 нм	0.7% (R_ос = 99.7%)	147 мВт	~200 мкВт	Импульсно-периодический Т = 300 К C = 8% l = 8 мм [171]
		~2.81 мкм/σ	Импульсный ER-лазер на стекле λ = 1.53 мкм	17 (R_ос = 90%, Т = 110 К)	7 мДж (Т = 110 К) 60 мДж (Т = 300 К)	–	Импульсный, Т = 110–300 К C = 5% Ø5 × 70 мм [172]
			CW- Kr-лазер λ = 647 нм	1.1 (R_ос = 98.4%)	20 мВт	~3.9 мВт	Непрерывный, Т = 300 К C_Er = 5% l = 2.2 мм [173]
			CW-лазер Ti³⁺:Al₂O₃ λ = 972 нм	1.6 (R_ос = 98.4%)	15 мВт	~3.9 мВт	Непрерывный, Т = 300 К C_Er = 5% l = 2.2 мм [173]
			LD InGaAs λ = 970 нм	35 (R_ос = 99.5%)	540 мВт	1.1 Вт	Непрерывный, Т = 300 К C_Er = 15% [174]
LiLuF₄	⁴S_3/2–⁴I_15/2	551.6 нм/π	CW 2ω-OPSL λ = 486.15 нм	9 (R_ос = 99.7%)	~200 мВт	~58 мВт	Непрерывный и импульсно-периодический Т = 300 К C_Er = 1% l = 2.4 мм [175]
			Квази-CW OPSL λ = 486.15 нм	24 (R_ос = 99.7%)	~200 мВт	~33 мВт
			CW-лазер Ti³⁺:Al₂O₃ λ = 974.2 нм	20.7 (R_ос = 95.9%)	~120 мВт	83 мВт	Непрерывный, Т = 300 К C_Er = 1% l = 2.4 мм [175]
			CW OPSL GaAs–InGaAs λ = 960–980 нм	18.6 (R_ос = 96%)	2.9 Вт	0.8 Вт	Непрерывный, Т = 300 К C_Er = 1% l =2.4 мм [176]
	⁴S_3/2–⁴I_13/2	850.7 нм/π, 854.2 нм/σ	Xe-лампа	–	17 и 40 Дж (R_ос = 99.5%)	–	Импульсный, Т = 300 К C_Er = 0.5% Ø6 × 45 мм [145, 177]
	⁴S_3/2–⁴I_11/2	1.2295 мкм/π			100 Дж (R_ос = 99.5%)
	⁴S_3/2–⁴I_9/2	1.7345 мкм/π			65 Дж (R_ос = 99.5%)
	⁴I_11/2–⁴I_13/2	1.8183 мкм/σ			40 Дж (R_ос = 99.5%)
	⁴I_13/2–⁴I_15/2	1.606 мкм	Er,Yb-YAB-лазер λ = 1.522 мкм	21 (R_ос = 98%)	~110 мВт	58 мВт	Непрерывный, Т = 300 К C_Er = 1% l = 13 мм [178]
LiGdF₄	⁴S_3/2–⁴I_15/2	551 нм/π	CW-лазер Ti³⁺:Al₂O₃ λ = 970 нм	Установлен факт возбуждения лазерной генерации			Импульсный, Т = 300 К C_Er = 1% l = 6.9 мм [179]
LiErF₄	⁴S_3/2–⁴I_13/2	853.7 нм	Xe-лампа	–	22.5 Дж	–	Импульсный, Т = 130 К Ø3 × 15 мм [180]
LiErF₄	⁴S_3/2–⁴I_13/2	853.7 нм	Xe-лампа	–	7.5 Дж	–	Импульсный, Т = 110 К Ø6 × 38 мм [181]
LiErF₄	⁴S_3/2–⁴I_11/2	1.2292 мкм		–	25.5 Дж		Импульсный, Т = 90 К Ø3 × 15 мм [180]
	⁴S_3/2–⁴I_11/2	1.2288 мкм		–	13 Дж		Импульсный, Т = 110 К Ø6 × 38 мм [181]
	⁴S_3/2–⁴I_9/2	1.732 мкм		–	7.5 Дж	–	Импульсный, Т = 90 К a-cut, Ø3 × 15 мм [150]
	⁴S_3/2–⁴I_9/2	1.7042 мкм		–	15 Дж	–	Импульсный, Т = 110 К Ø6 × 38 мм [181]
	⁴S_3/2–⁴I_9/2	2.0005 мкм		–	70 Дж	–
	⁴I_11/2–⁴I_13/2	2.85 мкм		–	17 Дж	–
Каскадные схемы лазерной генерации
LiYF₄	⁴S_3/2–⁴I_11/2–⁴I_13/2	1.23–2.87 мкм	Xe-лампа	Зарегистрирован факт возбуждения каскадной генерации			Импульсный, Т = 110–300 К C_Er = 2% Ø5 × 50 мм [164]
	⁴I_9/2–⁴I_11/2–⁴I_13/2	1.72–2.87 мкм	Xe-лампа	Зарегистрирован факт возбуждения каскадной генерации			Импульсный, Т = 110–300 К C_Er = 2% Ø5 × 50 мм [164]
	⁴I_11/2–⁴I_13/2–⁴I_15/2	2.81 мкм/σ– 1.62 мкм/π	CW- Kr-лазер λ = 647 нм	1.3	~20 и ~200 мВт	~1.1 мВт	Непрерывный, Т = 300 К C_Er = 5% l = 2.2 мм [173]
	⁴I_11/2–⁴I_13/2–⁴I_15/2	2.81 мкм/σ– 1.62 мкм/π	CW-лазер Ti³⁺:Al₂O₃ λ = 972 нм	1.2 (R_ос = 98.4%)	~10 и ~70 мВт	–	Непрерывный, Т = 300 К C_Er = 5% l = 2.2 мм [173]
	⁴S_3/2–⁴I_9/2 ~ ~⁴I_11/2–⁴I_13/2–⁴I_15/2	1.73–2.66 и 2.72 и 2.81–1.62 мкм	Волоконный лазер λ = 971 нм	4.6 (2.8 мкм)–3.3 (1.6 мкм)	1.2 Вт (2.8 мкм)–3 Вт (1.6 мкм)	340 мВт (2.8 мкм)– 200 мВт (1.6 мкм)	Непрерывный, Т = 300 К C_Er = 1% l = 15 мм [182]

С другой стороны, большие времена жизни состояний ⁴I_J обуславливают самоограниченность лазерных переходов ⁴S_3/2–⁴I_J, ²H_9/2–⁴I_13/2 и ²P_3/2–⁴I_11/2, что приводит к трудностям получения непрерывной генерации или лазерной генерации с высокой частотой повторения импульсов (см., например, [150, 151, 157, 160, 166 и др.]). Для опустошения нижних лазерных уровней используют либо кросс-релаксационные процессы внутри активаторных ионов путем повышения их концентрации [151–154, 171–174 и др.], либо соактивируют кристаллы ионами Pr³⁺ или Tb³⁺ [160, 165, 183, 184], а также организуют схемы каскадной лазерной генерации [164, 173, 182].

Повышение концентрации ионов Er³⁺ увеличивает вероятности кросс-релаксационных процессов и межионного взаимодействия, что позволяет реализовать эффективную ап-конверсионную накачку, успешно конкурирующую с резонансной накачкой в область полос поглощения высоковозбужденных состояний. В частности, это проявляется при попытках реализовать лазерную генерацию в видимом диапазоне спектра с использованием мощных лазерных диодов [174–176]. Дальнейшая разработка лазеров на основе переходов ионов Er³⁺ в кристаллах двойных фторидов связывается с оптимизацией их химического состава и нахождением условий оптической накачки и лазерной генерации, обеспечивающих такой баланс многочисленных процессов миграции энергии возбуждения, при котором достигалась бы инверсная населенность между заданными энергетическими состояниями. В этой связи полезной для теоретической оценки перспектив достижения желаемых лазерных характеристик представляется работа [185], в которой приводятся данные о параметрах основных процессов миграции энергии возбуждения в кристаллах LiYF₄:Er³⁺.

Ион Tm³⁺. В связи с недостаточной эффективностью возбуждения ионов Tm³⁺ излучением Xe-ламп его лазерный потенциал в кристаллах LiRF₄ раскрылся лишь с появлением возможности использовать для накачки лазерные источники излучения. Это позволило реализовать 9 каналов лазерной генерации от синей области спектра до среднего ИК-диапазона (рис. 14). Основные характеристики и условия достижения эффекта стимулированного излучения приведены в табл. 7.

Рис. 14.

Схема энергетических уровней иона Tm³⁺ в кристаллах LiRF₄ (R = Y, Gd, Yb и Lu); сплошными цветными стрелками показаны известные лазерные переходы [186–205]; реализованные каскадные [190, 206] и кросс-каскадные [192] лазерные переходы показаны пунктирными стрелками.

Таблица 7.

Основные характеристики и условия получения лазерного излучения на 4f–4f-переходах ионов Tm³⁺ в кристаллах LiRF₄ (R = Y, Gd, Yb и Lu)

Кристалл	Лазерный переход	Длина волны, нм/поляризация излучения	Источник накачки	Дифферен-циальный КПД генерации, %	Пороговая энергия (мощность) накачки	Выходная энергия (мощность) генерации	Примечания
LiYF₄	¹D₂–³F₄	450.2	Импульсный лазер на красителе λ₁ = 780.78 нм, λ₂ = 648.77 нм	КПД = 1.3% (R_ос = 90%)	–	180 мкДж 10 нс Е_н(λ₁) = 10 мДж Е_н(λ₂) = 3.5 мДж	Импульсный Т = 77 К C_Tm = 1 ат. % l = 10 мм [186, 187]
	¹D₂–³F₄	450.2	CW-лазер Ti³⁺:Al₂O₃ λ₁ = 784.5 нм, CW-DCM-лазер на красителе λ₂ = 628.6 нм	КПД = 2.4% для λ₂, P_н(λ₁) = 140 мВт	P_пор(λ₂) = 25 мВт P_н(λ₁) = 140 мВт	~9 мВт	Импульсно-периодический τ_имп = 100 нс f_повт = 500 кГц Т = 15 К a-cut C_Tm = 1.8 ат. % l = 3 мм [188]
	¹G₄–³H₆	483		КПД=6.5% для λ₂, P_н(λ₁) = 140 мВт	P_пор(λ₂) = 50 мВт P_н(λ₁) = 140 мВт	~31 мВт	Непрерывный Т = 26 К a-cut C_Tm = 1.8 ат. % l = 3 мм [188]
	¹G₄–³F₄	~650	CW-лазер Ti³⁺:Al₂O₃ λ = 969 нм	–	–	–	Непрерывный Т = 300 К C_Tm = 1 ат. % C_Yb= 10 ат. % l = 17.5 мм [189]
	¹G₄–³H₅	~792	CW-лазер Ti³⁺:Al₂O₃ λ = 969 нм	–	–	80 мВт* P_н = 2.5 Вт
	¹G₄–³F₃	1568	CW LD λ = 960 нм	–	–	–
	³H₄–³H₆	810	CW-лазер Ti³⁺:Al₂O₃ λ = 969 нм	–	–	80 мВт* P_н = 2.5 Вт
	³H₄–³F₄	~1500	CW LD λ = 960 нм	16 (R_ос = 94%)	~190 мВт	51 мВт P_н = 490 мВт
LiYF₄	³H₄–³H₅	2303	Xe-лампа	–	40 Дж	–	Импульсный Т = 110 К C_Tm = 1 ат. % Ø6 × 35 мм [190]
	³H₄–³F₄	Перестраиваемая 1449–1455	CWAlGaAsLD λ = 781 нм	7 (R_ос = 95.5%)	~92 мВт	~10 мВт P_н = 240 мВт	Непрерывный Т = 300 К C_Tm = 1 ат. % C_Tb = 1 ат. % [191]
		Перестраиваемая 1449–1455	CW-лазер Ti³⁺:Al₂O₃ λ = 781 нм	15 (R_ос = 95.5%)	~100 мВт	34 мВт P_н = 320 мВт	Непрерывный Т = 300 К C_Tm = 1 ат. % C_Tb = 1 ат. % [191]
		~1500	CW-лазер Ti³⁺:Al₂O₃ λ = 780 нм	11 (R_ос = 98.7%)	~170 мВт	24 мВт	Непрерывный Т = 300 К C_Tm = 1.5 ат. % C_Ho = 0.2 ат. % l = 2.5 мм [192]
		1452/π 1500/σ 1569/σ	CW LD λ = 975 нм	15 (R_ос = 98%)	~500 мВт	300 мВт P_н = 3 Вт	Непрерывный Т = 300 К C_Tm = 1 ат. % C_Yb = 10 ат. % l = 3.3 мм [193]
		~1500		22 (R_ос = 98%)	~125 мВт	58 мВт P_н = 360 мВт	Непрерывный Т = 300 К C_Tm = 1 ат. % C_Yb = 10 ат. % l = 2.3 мм [194]
	³H₄–³H₅	2998–2318		18 (R_ос = 98%)	~250 мВт	450 мВт P_н = 3 Вт	Непрерывный Т = 300 К C_Tm = 1 ат. % C_Yb = 10 ат. % l = 3.3 мм [193]
	³F₄–³H₆	1889–1909	Xe-лампа	–	35 Дж	–	Импульсный Т = 110 К C_Tm = 1 ат. % Ø6 × 35 мм [190]
LiYF₄	³F₄–³H₆	Перестраиваемая 1850–1920	CW AlGaAs LD λ = 792 нм	45	3 Вт	7 Вт P_н = 19 Вт	Непрерывный Т = 77 К C_Tm = 10 ат. % 2хl = 10 мм [195]
		~1.96 мкм/σ Перестраиваемая 1950–2067	Поперечная накачка CW AlGaAs LD λ = 792 нм	37 (R_ос = 98.5%)	~19 Вт	>18 Вт P_н = 80 Вт	Непрерывный Т = 300 К C_Tm = 3.5 ат. % 2.5 × 6 × 22 мм l = 22 мм [196]
		1912/σ	CW AlGaAsLD λ = 787–791.5 нм	КПД = 32.6	–	148 Вт P_н = 554 Вт	Непрерывный Т = 300 К C_Tm = 2 ат. % 11 × 2 × 20 мм l = 11 мм [197]
		1890/π стабилизированная	CW AlGaAsLD λ = 792 нм	37 (R_ос = 90%)	~30 Вт	>80 Вт P_н = 300 Вт	Непрерывный Т = 300 К C_Tm = 2.5 ат. % 1.5 × 11 × 15.5 мм l = 15.5 мм [198]
		~1904	CW AlGaAsLD λ = 791 нм	72 (R_ос = 95%)	0.24 Вт	3.1 Вт	Непрерывный Т = 300 К a-cut C_Tm = 8 ат. % l = 3.38 мм [199]
		~1908	CW AlGaAsLD λ = 789–795 нм	57 (R_ос = 81%)	~65 Вт	150 Вт P_н = 428 Вт	Непрерывный Т = 300 К a-cut C_Tm = 2.5 ат. % 1.5 × 11 × 20 мм l = 20 мм [200]
LiLuF₄	³F₄–³H₆	1817–2036	CW lnAsGaLD λ = 790 нм	46 (R_ос = 98%)	96 мВт	1.15 Вт P_н = 3.2 Вт	Непрерывный Т = 300 К a-cut C_Tm = 12 ат. % 3 × 3 × 19 мм l = 19 мм [201]
		1916	CW AlGaAsLD λ = 791 нм	52 (R_ос = 95%)	460 мВт	2.68 Вт	Непрерывный Т = 300 К a-cut C_Tm = 12 ат. % l = 3.54 мм [199]
		1914	CW AlGaAsLD λ = 789–795 нм	~40 (R_ос = 81%)	~65 Вт	143 Вт P_н = 428 Вт	Непрерывный Т = 300 К a-cut C_Tm = 2.5 ат. % 1.5 × 11 × 20 мм l = 20 мм [200]
LiGdF₄	³F₄–³H₆	1990–2018	CW AlGaAsLD λ = 792 нм	~53 (R_ос = 99.5%)	22 мВт	265 мВт	Непрерывный Т = 300 К C_Tm = 12 ат. % l = 2.48 мм [202]
		1878/π	CW AlGaAs LD λ = 792.5 нм	~52.4 (R_ос = 90%)	0.3 Вт	~390 мВт P_н = 1.1 Вт	Непрерывный Т = 300 К a-cut C_Tm = 8 ат. % 3.4 × 3.11 × 27 мм l = 27 мм [203]
		1902	CW AlGaAsLD λ = 791 нм	~65 (R_ос = 95%)	0.29 Вт	1.9 Вт	Непрерывный Т = 300 К a-cut C_Tm = 8 ат. % l = 2.7 мм [199]
LiYbF₄	³H₄–³F₄	1462.5	Nd-лазер λ = 1054 нм τ_имп = 1.2 мс	–	21.5 Дж/см³	–	Импульсный Т = 300 К C_Tm = 0.1 ат. % Ø7 × 32 мм [204]

* Генерация наблюдалась одновременно на двух переходах: ¹G₄–³H₅ (λ = 792 нм) и ³H₄–³H₆ (λ = 810 нм); приведена суммарная мощность лазерного излучения ~ 80 мВт при мощности накачки 2.5 В.

Имеются два основных подхода, позволяющих осуществлять эффективную лазерную генерацию на 4f–4f-переходах ионов Tm³⁺:

1) традиционно используемая резонансная накачка в область полос поглощения, соответствующих переходам на энергетические состояния, термодинамически связанные с верхним лазерным уровнем [186–188, 191, 192];

2) накачка с использованием процессов кросс-релаксации в комбинации с безызлучательной передачей энергии [189, 193–199], а также процессов межионного взаимодействия [191–194, 204], причем кросс-релаксация с участием различных соактиваторных ионов и, в первую очередь, с ионами Yb³⁺ органически дополняет первый из подходов и позволяет опустошать долгоживущие нижние лазерные уровни, тем самым способствуя реализации непрерывной лазерной генерации и улучшению ее энергетических характеристик (см, например, [189, 191–194]); такого же эффекта удается достигнуть путем организации каскадной лазерной генерации [190, 192, 206].

Сравнение лазерных свойств кристаллических матриц YLF, LLF и LiGdF₄, проведенное в [199, 200], выявило некоторое преимущество кристаллов YLF:Tm³⁺. Однако это может быть связано с тем, что кристаллы YLF обладают лучшим по сравнению с другими исследованными матрицами оптическим качеством вследствие того, что технология их выращивания более отработана. Косвенно этот вывод подтверждается почти полным совпадением спектрально-кинетических характеристик ионов Tm³⁺ во всех этих кристаллах [199]. Спектроскопические свойства, их анализ, а также параметры основных процессов, возникающих при возбуждении ионов Tm³⁺ в кристаллах двойных фторидов со структурой шеелита, необходимые для разработки устройств квантовой электроники с их использованием, содержатся в [207, 208].

Ион Yb³⁺. Ион Yb³⁺ имеет предельно простую схему энергетических уровней 4f-оболочки, состоящую из двух мультиплетов – ²F_7/2 и ²F_5/2, переходы между штарковскими компонентами которых определяют оптические свойства активированных этим ионом материалов. В случае кристаллов двойных фторидов LiRF₄ (R = Y, Lu и Gd) Yb³⁺-примесной центр характеризуется значительным (несколько миллисекунд) временем жизни возбужденного состояния ²F_5/2 и спектром поглощения ²F_7/2 –²F_5/2, удачно согласующимся со спектром излучения мощных InGaAs-лазерных диодов [209]. Кроме того, высокая квантовая эффективность (λ_ген/λ_нак) при высоких значениях плотности энергии насыщения коэффициента усиления (~100 Дж/см²) и широкой полосе спектра усиления обуславливает привлекательность этих материалов в качестве активных сред лазеров и оптических усилителей высокой (петаватной) пиковой мощности [210–213]. Так, дифференциальный КПД CW-лазера на переходах ²F_5/2–²F_7/2 ионов Yb³⁺ в кристалле YLF достигает 76% [214], а диапазон перестройки – 80 нм (996–1076 нм для π-поляризации) [215]. Реализованы также лазеры с синхронизацией мод и регенеративные усилители сверхкоротких импульсов [215–217]. Таким образом, с учетом термооптических характеристик кристаллы LiRF₄ могут с успехом соперничать с другими материалами. Недостатком подобных активных сред являются процессы реабсорбции в области длин волн лазерной генерации, связанной с трехуровневой схемой их работы, что, однако, успешно купируется понижением температуры кристаллов ниже 77 К [217–220].

Как следует из приведенных ссылок, в настоящее время в лазерных системах используется кристалл Yb³⁺:LiYF₄, вероятно, вследствие его наибольшей доступности. Вопрос о применении других двойных фторидов со структурой шеелита, активированных ионами Yb³⁺ в качестве активных сред, остается открытым.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Использование активированных кристаллов двойных фторидов со структурой шеелита не ограничивается только их применением в качестве активных сред лазеров. Так, кристаллы LiTbF₄, LiDyF₄, LiHoF₄, LiErF₄ и LiYbF₄ зарекомендовали себя в качестве магнитооптических вращателей поляризации света, основанных на эффекте Фарадея. Основные их параметры обсуждались в [8]. Данные материалы, в частности, могут быть использованы при разработке широкополосных – от вакуумного УФ- до среднего ИК-диапазона – оптических изоляторов для высокомощных лазерных систем. Кристаллы двойных фторидов представляют также интерес в качестве сцинтилляторов [221–225], материалов для систем лазерного охлаждения [226, 227] и люминесцентной термометрии [228, 229].

Дальнейший же прогресс в развитии источников лазерного излучения, использующих в качестве рабочих 4f–4f-переходы РЗИ в кристаллах двойных фторидов, видится в совершенствовании их оптического качества, поиске соактиваторов для улучшения эффективности накачки и разгрузки нижних лазерных уровней, повышении коэффициента распределения, оптимизации концентраций и стабилизации валентных состояний примесных ионов, разупорядочении кристаллической структуры с целью увеличения ширины спектра усиления и согласования спектральных полос поглощения активаторных ионов со спектром излучения мощных полупроводниковых лазеров и, наконец, разработки новых схем лазерной генерации. Учитывая тот факт, что теплофизические характеристики фторидных кристаллов являются сдерживающим фактором их широкого практического применения, создание новых лазеров на их основе, вероятно, будет связано с переходом к активным элементам, выполненным в виде тонких дисков, пленок и тонких световодов. Такая геометрия позволит эффективно осуществлять их охлаждение при высоких энергетических нагрузках.

Список литературы

Федоров П.П., Кораблева С.Л., Семашко В.В. Фториды лития и редкоземельных элементов – материалы фотоники. 1. Физикохимическая характеристика // Неорган. материалы. 2022. Т. 58. № 3. С. 235–257.
Dorenbos P. Determining Binding Energies of Valence-Band Electrons in Insulators and Semiconductors via Lanthanide Spectroscopy // Phys. Rev. B: Condens. Matter. 2013. V. 87. 035118 https://doi.org/10.1103/PhysRevB.87.035118
Dubinskii M.A., Cefalas A.C., Sarantopoulou E., Abdulsabirov R.Yu., Korableva S.L., Naumov A.K., Semashko V.V. On the Interconfigurational 4f ²5d–4f ³ VUV and UV Fluorescence Features of Nd³⁺ in LiYF₄ (YLF) Single Crystals under F₂ Laser Pumping // Opt. Commun. 1992. V. 94. № 1–3. P. 115–118.
Sarantopoulou E., Cefalas A.C., Dubinskii M.A., Abdulsabirov R.Yu., Korableva S.L., Naumov A.K., Semashko V.V. VUV and UV Fluorescence and Absorbtion Studies of Nd³⁺ and Ho³⁺ Ions in LiYF₄ Single Crystals // Opt. Commun. 1994. V. 107. № 1–2. P. 104–110. https://doi.org/10.1016/0030-4018(94)90111-2
Sarantopoulou E., Cefalas A.C., Dubinskii M.A., Kollia Z., Nicolaides C.A., Abdulsabirov R.Yu., Korableva S.L., Naumov A.K., Semashko V.V. VUV and UV Fluorescense and Absorbtion Studies of Tb³⁺ and Tm³⁺ Trivalent Ions in LiYF₄ Single Crystal Hosts // J. Mod. Opt. 1994. V. 41. № 4. P. 767–775. https://doi.org/10.1080/09500349414550781
Sarantopoulou E., Cefalas A.C., Dubinskii M.A., Nicolaides C.A., Abdulsabirov R.Yu., Korableva S.L., Naumov A.K., Semashko V.V. VUV and UV Fluorescense and Absorbtion Studies of Pr³⁺-doped LiLuF₄ Single Crystals // Opt. Lett. 1994. V. 19. № 7. P. 499–501. https://doi.org/10.1364/OL.19.000499
Sarantopoulou E., Kollia Z., Cefalas A.C., Dubinskii M.A., Nicolaides C.A., Abdulsabirov R.Yu., Korableva S.L., Naumov A.K., Semashko V.V. Vacuum Ultraviolet and Ultraviolet Fluorescence and Absorbtion Studies of Er³⁺-doped LiLuF₄ Single Crystals // Appl. Phys. Lett. 1994. V. 65. № 7. P. 813–815. https://doi.org/10.1063/1.113015
Vasyliev V., Villora E.G., Nakamura M., Sugahara Y., Shimamura K. UV-Visible Faraday Rotators Based on Rare-Earth Fluoride Single Crystals: LiREF₄ (RE = Tb, Dy, Ho, Er and Yb), PrF₃ and CeF₃ // Opt. Express. 2012. V. 20. № 13. P. 14460–14470. https://doi.org/10.1364/OE.20.014460
Кораблева С.Л., Купчиков А.К., Петрова М.А., Рыскин А.И. Фононное и электронное комбинационное рассеяние света в кристаллах LiTmF₄ и LiYbF₄ // ФТТ. 1980. Т. 22. № 6. С. 1907–1009.
Zhang X.X., Schulte A., Chai B.H.T. Raman Spectroscopic Evidence for Isomorphous Structure of GdLiF₄ and YLiF₄ Laser Crystals // Solid State Commun. 1994. V. 89. № 2. P. 181–184. https://doi.org/10.1016/0038-1098(94)90402-2
Salaün S., Fornoni M.T., Bulou A., Rousseau M., Simon P., Gesland J.Y. Lattice Dynamics of Fluoride Scheelites: I. Raman and Infrared Study of LiYF₄ and LiLnF₄ (Ln = Ho, Er, Tm and Yb) // J. Phys.: Condens. Matter. 1997. V. 9. P. 6941–6956.
Купчиков А.К., Малкин Б.З., Натадзе А.Л., Рыскин А.И. Исследование электрон-фононного взаимодействия в кристаллах LiRF₄ (R = Tb, Yb) методом комбинационного рассеяния света // ФТТ. 1987. T. 29. № 11. C. 3335–3344.
Aggarwal R.L., Ripin D.J., Ochoa J.R., Fan T.Y. Measurement of Thermo-Optic Properties of Y₃Al₅O₁₂, Lu₃Al₅O₁₂, YAlO₃, LiYF₄, LiLuF₄, BaY₂F₈, KGd(WO₄)₂, and KY(WO₄)₂ Laser Crystals in the 80–300 K Temperature Range // J. Appl. Phys. 2005. V. 98. Art. 103514. P. 1–13. https://doi.org/10.1063/1.2128696
Barnes N.P., Gettemy D.J. Temperature Variation of the Refractive Indices of Yttrium Lithium Fluoride // J. Opt. Soc. Am. 1980. V. 70. P. 1244–1247. https://doi.org/10.1364/JOSA.70.001244
Foster J.D., Osterink L.M. Thermal Effects in a Nd:YAG Laser // J. Appl. Phys. 1970. V. 41. P. 3656–3663. https://doi.org/10.1063/1.1659488
Koechner W. Thermal Lensing in a Nd:YAG Laser Rod // Appl. Opt. 1970. V. 9. P. 2548–2553. https://doi.org/10.1364/AO.9.002548
Pollnau M., Hardman P.J., Kem M.A., Clarkson W.A., Hanna D.C. Upconversion-Induced Heat Generation and Thermal Lensing in Nd:YLF and Nd:YAG // Phys. Rev. B. 1998. V. 58. P. 16076–16092. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.58.16076
Koechner W. Properties of Solid-State Laser Materials // Solid-State Laser Engineering. Springer Series in Optical Sciences. V. l. Berlin: Springer, 1988. P. 8–101. https://doi.org/10.1007/978-3-662-15143-3_2
Попов П.А., Федоров П.П. Теплопроводность фторидных оптических материалов // Брянск: Группа компаний “Десяточка”, 2012. 210 с.
Ясюкевич А.С., Мандрик А.В., Кулешов Н.В., Гордеев Е.Ю., Кораблева С.Л., Наумов А.К., Семашко В.В., Попов П.А. Выращивание и спектрально-кинетические характеристики кристаллов Yb³⁺:Na₄Y₆F₂₂ и Yb³⁺:LiLuF₄ // Журн. прикл. спектроскопии. 2007. Т. 74. № 6. С. 761–766.
Попов П.А., Федоров П.П., Семашко В.В., Кораблева С.Л., Марисов М.А., Гордеев Е.В., Рейтеров В.М., Осико В.В. Теплопроводность кристаллов флюоритоподобных фаз в системах MF–RF₃, где М = Li, Na; R = РЗЭ // Докл. РАН. 2009. Т. 426. № 1. С. 32–35.
Семашко В.В., Кораблева С.Л., Низамутдинов A.С., Кузнецов С.В., Пыненков А.А., Попов П.А., Баранчиков А.Е., Нищев К.Н., Иванов В.К., Федоров П.П. Фазовые равновесия в системе LiYF₄–LiLuF₄ и теплопроводность монокристаллов LiY_1 – хLu_хF₄ // Журн. неорган. химии. 2018. Т. 63. № 4. С. 405–410.
Payne S.A., Smith L.K., Beach R.J., Chai B.H.T., Tassano J.H., DeLoach L.D., Kway W.L., Solarz R.W., Krupke W.F. Properties of Cr:LiSrAIF₆ Crystals for Laser Operation // Appl. Opt. 1994. V. 33. № 24. P. 5526–5536. https://doi.org/10.1364/AO.33.005526
Kalisky Y. The Physics and Engineering of Solid State Lasers // SPIE Digital Library 2006. V. TT 71. https://doi.org/10.1117/3.660249
Smith L.K., Payne S.A., Tassano J.B., Deloach L.D., Kway W.L., Krupke W.F. Optical and Physical Properties of the LiSrAlF₆:Cr Laser Crystal // Proc. of the 8th Optical Society of America (OSA) Meeting on Advanced Solid-State Lasers. New Orleans, 1993. Art. LL5. https://doi.org/10.1364/ASSL.1993.LL5
Sellmeier W. Ueber die durch die Aetherschwingungen erregten Mitschwingungen der Körpertheilchen und deren Rückwirkung auf die ersteren, besonders zur Erklärung der Dispersion und ihrer Anomalien (II. Theil) // Ann. Phys Chem. 1872. V. 223. № 11. P. 386–403. https://doi.org/10.1002/andp.18722231105
Walsh Br.M., Barnes N.P. Spectroscopy and Modeling of Solid State Lanthanide Lasers: Application to Trivalent Tm³⁺ and Ho³⁺ in YLiF₄ and LuLiF₄ // J. Appl. Phys. 2004. V. 95. № 7. P. 3255–3271. https://doi.org/10.1063/1.1649808
Романова И.В. Экспериментальное и теоретическое исследование магнитных свойств монокристаллов тетрафторидов лития-редких земель LiLnF₄ (Ln = Tb, Ho, Dy, Tm): Дис. … канд.физ.-мат. наук по спец. 01.04.07 – физика конденсированного состояния. Казань: КФУ, 2014. 121 с.
Zelmon D.E., Erdman E.C., Sevens K.T., Foundos G., Kim J.R., Brady A. Optical Properties of Lithium Terbium Fluoride and Implications for Performance in High Power Lasers // Appl. Opt. 2016. V. 55. № 4. P. 834–837. https://doi.org/10.1364/AO.55.000834
Kazasidis O.S., Wittrock U. Interferometric Measurement of the Temperature Coefficient of the Refractive Index dn/dT and the Coefficient of Thermal Expansion of Pr:YLF Laser Crystals // Opt. Express. 2014. V. 22. P. 30683–30696. https://doi.org/10.1364/OE.22.030683
Woods B.W., Payne S.A., Marion J.E., Hughes R.S., Davis L.E. Thermomechanical and Thermo-Optical Properties of LiCaAlF₆:Cr³⁺ Laser Material // J. Opt. Soc. Am. B: Opt. Phys. 1991. V. 8. № 5. P. 970–977. https://doi.org/10.1364/JOSAB.8.000970
Weber M.J. Handbook of Optical Materials. N. Y.: CRC Press, 2003. 1224 p.
McClure D.S. Interconfigurational and Charge Transfer Transitions // Electronic States of Inorganic Compounds. Dordrecht: Reidel, 1975. P. 1313–1398.
Dieke G.H., Crosswhite H.M. The Spectra of the Doubly and Triply Ionized Rare Earths // Appl. Opt. 1963. V. 2. № 7. P. 675–686. https://doi.org/10.1364/AO.2.000675
Wegh R.T., Meijerink A., Lamminmaki R.-J., Holsa J. Extended Dieke’s Diagram // J. Lumin. 2000. № 87–89. P. 1002–1004. https://doi.org/10.1016/S0022-2313(99)00506-2
Peijzel P.S., Meijerink A., Wegh R.T., Reid M.F., Burdick G.W. A Complete Energy Level Diagram for All Trivalent Lanthanide Ions // J. Solid State Chem. 2005. V. 178. № 2. P. 448–453. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2004.07.046
Reid M.F., van Pieterson L., Wegh R.T., Meijerink A. Spectroscopy and Calculations for 4fⁿ→4fⁿ⁻¹5d Transitions of Lanthanide Ions in LiYF₄ // Phys. Rev. B. 2000. V. 62. № 22. P. 14744–14749. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.62.14744
Van Pieterson L., Wegh R.T., Meijerink A., Reid M.F. Emission Spectra and Trends for 4fⁿ⁻¹5d↔4fⁿ Transitions of Lanthanide Ions: Experiment and Theory // J. Chem. Phys. 2001. V. 115. № 20. P. 9382–9392. https://doi.org/10.1063/1.1414318
Van Pieterson L., Reid M.F., Wegh R.T., Soverna S., Meijerink A. 4f ⁿ→ 4f ^n − 15d Transitions of the Light Lanthanides: Experiment and Theory // Phys. Rev. B. 2002. V. 65. № 4. Art. 045113. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.65.045113
Peijzel P.S., Wegh R.T., Meijerink A., Hölsä J., Lamminmäki R.-J. High Energy Levels and High-Energetic Emissions of the Trivalent Holmium Ion in LiYF₄ and YF₃ // Opt. Commun. 2002. V. 204. № 1–6. P. 195–202. https://doi.org/10.1016/S0030-4018(02)01195-1
Wegh R.T., van Loef E.V.D., Meijerink A. Visible Quantum Cutting via Downconversion in LiGdF₄:Er³⁺, Tb³⁺ upon Er³⁺ 4f ¹¹→ 4f ¹⁰5d Excitation // J. Lumin. 2000. V. 90. № 3–4. P. 111–122. https://doi.org/10.1016/S0022-2313(99)00621-3
Wegh R.T., Meijerink A. Spin-Allowed and Spin-Forbidden 4f ⁿ↔ 4f ^n − 15d Transitions for Heavy Lanthanides in Fluoride Hosts // Phys. Rev. B. 1999. V. 60. № 15. P. 10820–10830. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.60.10820
Nizamutdinov A.S., Semashko V.V., Naumov A.K., Nurtdinova L.A., Abdulsabirov R.Yu., Korableva S.L., Efimov V.N. Spectral Characteristics of Solid Solutions LiY_1 – xLu_xF₄ Doped by Ce³⁺ Ions // Phys. Solid State. 2008. V. 50. № 9. P. 1648–1651. https://doi.org/10.1134/S1063783408090096
Апаев Р.А., Еремин М.В., Наумов А.К., Семашко В.В., Абдулсабиров Р.Ю., Кораблева С.Л. Межконфигурационные 4f–5d-переходы иона Cе³⁺ в кристалле LiYF₄ // Опт. и cпектр. 1998. Т. 84. № 5. С. 816–818.
Ehrlich D.J., Moulton P.F., Osgood R.M. Ultraviolet Solid-State Ce:YLF Laser at 325 nm // Opt. Lett. 1979. V. 4. № 6. P. 184–186. https://doi.org/10.1364/OL.4.000184
Lim K.-S., Hamilton D.C. Optical Gain and Loss Studies in Ce³⁺:YLiF₄ // J. Opt. Soc. Am. B: Opt. Phys. 1989. V. 6. № 7. P. 1401–1406. https://doi.org/10.1364/JOSAB.6.001401
Dubinskii M.A., Semashko V.V., Naumov A.K., Abdulsabirov R.Yu., Korableva S.L. A New Active Medium for a Tunable Solid-State UV Laser with an Excimer Pump // Laser Phys. 1994. № 4/3. P. 480–484.
Nizamutdinov A.S., Marisov M.A., Semashko V.V., Naumov A.K., Abdulsabirov R.Yu., Korableva S.L. Spectral Kinetics of Ce³⁺ Ions in Double-Fluoride Crystals with Scheelite Structure // Phys. Solid State. 2005. V. 47. № 8. P. 1460–1462. https://doi.org/10.1134/1.2014490
Семашко В.В. Активные среды твердотельных лазеров ультрафиолетового диапазона. Перспективы, препятствия, достижения. Saarbrucken: Palmarium Academic, 2012. 312 с.
Nizamutdinov A.S., Semashko V.V., Naumov A.K., Korableva S.L., Marisov M.A., Efimov V.N., Nurtdinova L.A. Characterization of Ce³⁺ and Yb³⁺ Doped LiF–LuF₃–YF₃ Solid Solutions as New UV Active Media // Proc. SPIE. 7994. P. 79940H. https://doi.org/10.1117/12.881885
Nurtdinova L.A., Semashko V.V., Akhtyamov O.R., Ko-rableva S.L., Marisov M.A. New All-Solid-State Tunable UV Ce³⁺,Yb³⁺:LiY_0.4Lu_0.6F₄ Laser // JETP Lett. 2013. V. 96. № 10. P. 706–708. https://doi.org/10.1134/S0021364012220092
Semashko V.V. Problems in Searching for New Solid-State UV- and VUV Active Media: the Role of Photodynamic Processes // Phys. Solid State. 2005. V. 47. № 8. P. 1507–1511. https://doi.org/10.1134/1.2014502
Semashko V.V., Dubinskii M.A., Abdulsabirov R.Yu., Naumov A.K., Korableva S.L., Misra P., Haridas C. Laser Properties of the Excimer-Pumped Photochemically Stabilized Ce³⁺:LiLuF₄ Tunable UV Active Material // Proc. Int. Conf. on LASERS 2000 (Albuquerque, 2000). McLean: STS, 2001. P. 675–678.
Laroche M., Girard S., Moncourge R., Bettinelli M., Abdulsabirov R., Semashko V. Beneficial Effect of Lu³⁺ and Yb³⁺ Ions in UV Laser Materials // Opt. Mater. 2003. V. 22. № 2. P. 147–154. https://doi.org/10.1016/S0925-3467(02)00358-0
Semashko V.V., Dubinskii M.A., Abdulsabirov R.Yu., Korableva S.L., Naumov A.K., Nizamutdinov A.S., Zhuchkov M.S. Photodynamic Nonlinear Processes in UV Solid State Active Media and Approaches to Improving Material Laser Performance // SPIE Proc. 2001. V. 4766. Art. 17. P. 119–126. https://doi.org/10.1117/12.475323
Sarukura N., Liu Z., Segawa Y., Semashko V.V., Naumov A.K., Korableva S.L., Abdulsabirov R.Yu., Dubinskii M.A. Direct Passive Subnanosecond-Pulse Train Generation from a Self-Injection-Seeded Ultraviolet Solid-State Laser // Opt. Lett. 1995. V. 20. № 6. P. 599–602. https://doi.org/10.1364/ol.20.000599
Farukhshin I.I., Nizamutdinov A.S., Korableva S.L., Semashko V.V. Ultra-Short Pulses UV Lasing in Multifunctional Ce:LiY_0.3Lu_0.7F₄ Active Medium // Opt. Mater. Express. 2016. V. 6. № 4. P. 1131–1137. https://doi.org/10.1364/OME.6.001131
Sarukura N., Dubinskii M.A., Liu Z., Semashko V.V., Naumov A.K., Korableva S.L., Abdulsabirov R.Yu., Edamatsu K., Suzuki Y., Itoh T., Segawa Y. Ce³⁺ Activated Fluoride Crystals as Prospective Active Media for Widely Tunable Ultraviolet Ultrafast Lasers with Direct 10-nsec Pumping // IEEE J. of Sel. Top. Quantum Electron. 1995. V. 1. № 3. P. 792–804. https://doi.org/10.1109/2944.473661
Sarukura N., Liu Z., Segawa Y., Edamatsu K., Suzuki Y., Itoh T., Semashko V.V., Naumov A.K., Korableva S.L., Abdulsabirov R.Yu., Dubinskii M.A. Ultraviolet Picosecond-Pulse Amplification in a New Solid-State-Laser Medium: Ce³⁺:LuLiF₄ // Ultrafast Phenomena IX, Springer Series in Chemical Physics. Berlin: Springer, 1994. V. 60. P. 196–198.
Nizamutdinov A.S., Nurtdinova L.A., Semashko V.V., Korableva S.L. Investigation of Gain Characteristics in Mixed Crystals LiMeF₄ (Me = Y, Lu, Yb) Doped by Ce³⁺ Ions // Opt. Spectrosc. 2014. V. 116. № 5. P. 732–738. https://doi.org/10.1134/S0030400X14050166
Esterowitz L., Allen R., Kruer M., Bartoli F., Goldberg L.S., Jenssen H.P., Linz A., Nicolai V.O. Blue Light Emission by a Pr : LiYF₄ − Laser Operated at Room Temperature // J. Appl. Phys. 1977. V. 48. № 2. P. 650–652. https://doi.org/10.1063/1.323648
Metz P., Hasse K., Parisi D., Hansen N.-O., Kränkel C., Tonelli M., Huber G. Continuous-Wave Pr³⁺:BaY₂F₈ and Pr³⁺:LiYF₄ Lasers in the Cyan-Blue Spectral Region // Opt. Lett. 2014. V. 39. № 17. P. 5158–5161. https://doi.org/10.1364/OL.39.005158
Sandrock T., Danger T., Heumann E., Huber G., Chai B.H.T. Efficient Continuous Wave Laser Emission of Pr³⁺-Doped Fluorides at Room Temperature // Appl. Phys. B. 1994. V. 58. № 2. P. 149–151. https://doi.org/10.1007/BF01082350
Richter A., Heumann E., Huber G., Ostroumov V., Seelert W. Power Scaling of Semiconductor Laser Pumped Praseodymium-Lasers // Opt. Express. 2007. V. 15. № 8. P. 5172–5178. https://doi.org/10.1364/OE.15.005172
Comacchia F., Di Lieto A., Tonelli M., Richter A., Heumann E., Huber G. Efficient Visible Laser Emission of GaN Laser Diode Pumped Pr-Doped Fluoride Scheelite Crystals // Opt. Express. 2008. V. 16. № 20. P. 15932–15941. https://doi.org/10.1364/OE.16.015932
Ostroumov V., Seelert W. 1 W of 261 nm CW Generation in a Pr³⁺:LiYF₄ Laser Pumped by an Optically Pumped Semiconductor Laser at 479 nm // Proc. SPIE. Solid State Lasers XVII: Technology and Devices. 2008. V. 6871. Art. C8711K. https://doi.org/10.1117/12.767511
Gun T., Metz P.W., Huber G. Power Scaling of Laser Diode Pumped Pr:LiYF₄ CW Lasers: Efficient Laser Operation at 522.6 nm, 545.9 nm, 607.2 nm, and 639.5 nm // Opt. Lett. 2011. V. 36. № 6. P. 1002–1004. https://doi.org/10.1364/OL.36.001002
Metz P.W., Reichert F., Moglia F., Müller S., Marzahl D.-T., Kränkel C., Huber G. High-Power Red, Orange, and Green Pr³⁺:LiYF₄ Lasers // Opt. Lett. 2014. V. 39. № 11. P. 3193–3196. https://doi.org/10.1364/OL.39.003193
Luo S., Yan X., Cui Q., Xu B., Xu H., Cai Z. Power Scaling of Blue-Diode-Pumped Pr:YLF Lasers at 523.0, 604.1, 606.9, 639.4, 697.8 and 720.9 nm // Opt. Commun. 2016. V. 380. P. 357–360. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2016.06.026
Demesh M., Gusakova N., Nizamutdinov A., Morozov O., Korableva S., Yasukevich A., Kisel V., Semashko V., Kuleshov N. Comparative Study of Spectroscopic Properties of Pr³⁺-Doped LiY_0.3Lu_0.7F₄, LiYF₄ and LiLuF₄ crystals // Conf. on Lasers and Electro-Optic / Europe and European Quantum Electronics Conference (CLEO/Europe-EQEC 2019) 2019. Art. 8873239. https://doi.org/10.1109/CLEOE-EQEC.2019.8873239
Nizamutdinov A.S., Morozov O.S., Korableva S.L., Semashko V.V., Dunina E.B., Kornienko A.A., Demesh M.P., Gusakova N.V., Yasukevich A.S., Kisel V.E., Kuleshov N.V. Cross Sections, Transition Intensities, and Laser Generation at the ³P₁ → ³H₅ Transition of LiY_0.3Lu_0.7F₄:Pr³⁺ Crystal // J. Appl. Spectrosc. 2019. V. 86. № 2. P. 220–225. https://doi.org/10.1007/s10812-019-00803-7
Каминский А.А. Видимая генерация на волнах пяти межмультиплетных переходов иона Рг³⁺ в LiYF₄ // Докл. АН СССР. 1983. Т. 271. № 6. С. 1357–1359.
Каминский А.А., Маркосян А.А., Пелевин А.В., Полякова Ю.А., Саркисов С.Э., Уварова Т.В. Люминесцентные свойства и стимулированное излучение ионов Pr³⁺, Er³⁺ и Nd³⁺ в тетрогональных фторидах лития-лютеция // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. 1986. Т. 22. С. 870–872.
Каминский А.А., Ляшенко А.И., Исаев Н.П., Карлов В.Н., Павлович В.Л., Багаев С.Н., Буташин А.В., Ли Л.Е. Квазинепрерывный Pr³⁺:LiYF₄- лазер с λ = 0.6395 мкм и средней выходной мощностью 2.3 Вт // Квантовая электроника. 1998. Т. 25. № 3. С. 195–196.
Hashimoto K., Kannari F. High-Power GaN Diode-Pumped Continuous Wave Pr-Doped LiYF₄ Laser // Opt. Lett. 2007. V. 32. № 17. P. 2493–2495. https://doi.org/10.1364/OL.32.002493
Lyapin A.A., Gorieva V.G., Korableva S.L., Artemov S.A., Ryabochkina P.A., Semashko V.V. Diode-Pumped LiY_0.3Lu_0.7F₄:Pr and LiYF₄:Pr Red Lasers // Laser Phys. Lett. 2016. V. 13. № 12. Art. 125801. https://doi.org/10.1088/1612-2011/13/12/125801
Каминский А.А., Курбанов К., Пелевин А.В., Полякова Ю.А., Уварова Т.В. Новые каналы стимулированного излучения ионов Pr³⁺ в тетрагональных фторидах LiRF₄ со структурой шеелита // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. 1987. Т. 23. С. 1934–1935.
Каминский А.А. Каскадное стимулированное излучение ионов Pr³⁺ и Ho³⁺ во фтор- и кослородсодержащих кристаллах // Квант. электрон. 1988. Т. 15. № 10. С. 1943–1944.
Sandrock T., Heumann E., Huber G., Chai B.H.T. Continuous-Wave Pr‚Yb:LiYF₄ Upconversion Laser in the Red Spectral Range at Room Temperature // OSA Proc. Adv. Solid-State Lasers Eds Payne S.A., Pollack. C. Washington: OSA, 1996. V. 1. Art. PM1. https://doi.org/10.1364/ASSL.1996.PM1
Heumann E., Kuec S.K., Huber G. High-Power Room-Temperature Pr³⁺,Yb³⁺:LiYF₄ Upconversion Laser in the Visible Spectral Range // Conf. on Lasers and Electro-Optics. OSA Technical Digest. 2000. Paper CMD1.
Nikolas S., Descroix E., Guyot Y., Joubert M.-F., Abdulsabirov R.Yu., Korableva S.L., Naumov A.K., Semashko V.V. 4f ² to 4f5d Excited State Absorption in Pr³⁺-Doped Crystals // Opt. Mater. 2001. V. 16. P. 233–242. https://doi.org/10.1016/S0925-3467(00)00083-5
Nicolas S., Descroix E., Joubert M.-F., Guyot Y., Laroche M., Moncorge R., Abdulsabirov R.Yu., Naumov A.K., Semashko V.V., Tkachuk A.M., Malinowski M. Potentiality of Pr³⁺- and Pr³⁺ + Ce³⁺-Doped Crystals for Tunable UV Upconversion Lasers // Opt. Mater. 2003. V. 22. № 2. P. 139–146. https://doi.org/10.1016/S0925-3467(02)00357-9
Gorieva V.G., Lyapin A.A., Korableva S.L., Ryabochkina P.A., Semashko V.V. Spatial Anomalies in Spectral-Kinetic Properties of Pr³⁺-Doped LiY_1 – xLu_xF₄ Mixed Crystals // J. Lumin. 2020. Art. 117172. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2020.117172
Каминский А.А. Лазерные кристаллы. М.: Наука, 1975. 256 с.
Каминский А.А., Аминов Л.К., Ермолаев Л.В, Корниенко А.А., Кравченко В.Б., Малкин Б.З., Миль Б.В., Перлин Ю.Е., Петросян А.Г., Пухов К.К., Сакун В.П., Саркисов С.Э., Свешникова Е.Б., Скрипко Г.А., Старостин Н.В., Шкадаревич А.П. Физика и спектроскопия лазерных кристаллов. М.: Наука, 1986. 272 с.
Handbook of Solid-State Lasers: Materials, Systems and Applications / Eds Denker B., Shklovsky E. N. Y.: Woodhead, 2013. 688 p.
Блистанов А.А. Кристаллы квантовой и нелинейной оптики. М.: МИСИC, 2000. 432 с.
Springer Handbook of Lasers and Optics / Ed. Träger F. N. Y.: Springer, 2007. 1331 p. https://doi.org/10.1007/978-0-387-30420-5
Solid State Lasers Engineering / Ed. Koechner W. N. Y.: Springer, 2006. 750 p. https://doi.org/10.1007/0-387-29338-8
Kaminskii A.A. Laser Crystals and Ceramics: Recent Advances // Laser Photon. Rev. 2007. V. 1. № 2. P. 93–177. https://doi.org/10.1002/lpor.200710008
Ma Q., Ho M., Zhao J. High-Energy High-Efficiency Nd:YLF Laser End-Pump by 808 nm Diode // Opt. Commun. 2018. V. 413. P. 220–223. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2017.12.058
Dubinskii M.A., Cefalas A.C., Sarantopoulou E., Abdulsabirov R.Yu., Korableva S.L., Semashko V.V. Efficient LaF₃:Nd³⁺-Based Vacuum-Ultraviolet Laser at 172 nm // J. Opt. Soc. Am. B: Opt. Phys. 1992. V. 9. № 6. P. 1148–1150. https://doi.org/10.1364/JOSAB.9.001148
Cefalas A.C., Dubinskii M.A., Sarantopoulou E., Abdulsabirov R.Yu., Korableva S.L., Naumov A.K., Se-mashko V.V. On the Development of New VUV and UV Solid-State Laser Sources for Photochemical Applications // Laser Chem. 1993. V. 13. P. 143–150. https://doi.org/10.1155/1993/75972
Dubinskii M.A., Abdulsabirov R.Yu., Korableva S.L., Naumov A.K., Semashko V.V. Some Restrictions in Obtaining UV-Lasing from High-Lying 4f ³-Levels of Nd³⁺ in Crystals // OSA Proc. Adv. Solid-State Lasers / Eds. Chase L.L., Pinto A.A. New Mexico. 1992. V. 13. Art. LT4. https://doi.org/10.1364/ASSL.1992.LT4
Lenth W., Macfarlane R.M. Excitation Mechanisms for Upconversion Lasers // J. Lumin. 1990. V. 45. P. 346–350. https://doi.org/10.1016/0022-2313(90)90190-M
Martín I.R., Guyot Y., Joubert M.-F., Abdulsabirov R.Yu., Korableva S.L., Semashko V.V. Stark Level Structure and Oscillator Strengths of Nd³⁺ Ion in Different Fluoride Single Crystals // J. Alloys Compd. 2001. V. 323–324. P. 763–767. https://doi.org/10.1016/S0925-8388(01)01080-5
Demesh M.P., Kurilchik S.V., Gusakova N.V., Yasukevich A.S., Kisel V.E., Nizamutdinov A.S., Marisov M.M., Aglyamov R.D., Korableva S.L., Naumov A.K., Semashko V.V., Kuleshov N.V. Growth, Spectroscopy and Continuous-Wave Laser Performance of Nd³⁺:LiLu_0.65Y_0.35F₄ Crystal // Laser Phys. 2018. V. 28. № 4. Art. 45802. https://doi.org/10.1088/1555-6611/aaa5c3
Shinn M.D., Krupke W.F., Solarz R.W., Kirchoff T.A. Spectroscopic and Laser Properties of Pm³⁺ // IEEE J. Quant. Electron. 1988. V. 24. № 6. P. 1100–1108. https://doi.org/10.1109/3.232
Krupke W.F., Shinn M.D., Kirchoff T.A., Finch C.B., Boatner L.A. Promethium-Doped Phosphate Glass Laser at 933 and 1098 nm // Appl. Phys. Lett. 1987. V. 51. № 26. P. 2186–2188. https://doi.org/10.1063/1.98934
Kaminskii A.A., Li L. Spectroscopic Quality of Laser Media with Nd³⁺ and Pm³⁺ Ions // Sov. Tech. Phys. Lett. 1975. V. 1. P. 256–258.
Wortman D. E., Morrison C.A. Laser Considerations for Triply Ionized Promethium in LiYF₄ // IEEE J. Quant. Electron. 1973. V. QE-9. P. 956–958. https://doi.org/10.1109/JQE.1973.1077769
Shinn M.D., Krupke W.F., Kirchoff T.A., Finch B., Boatner L.A. Promethium (Pm³⁺) Solid State Laser // Conf. on Lasers and Electro-Optics, (April 27–May 1), Baltimore, 1987. ThU17-1.
Kazakov B.N., Orlov M.S., Petrov M.V., Stolov A.L., Tkachuk A.M. Induced Emission of Sm³⁺ Ion in the Visible Region of the Spectrum // Opt. Spectrosc. 1979. V. 47. P. 676–678.
Jenssen H.P. Visible (Orange) Laser Emission from Sm³⁺ Doped LiTbF₄ // OSA Technical Digest of Advanced Solid-State Lasers. 1995. Art. ME273. P. 73.
Marzahl D.-T., Metz P.W., Krankel C., Huber G. Spectroscopy and Laser Operation of Sm³⁺-Doped Lithium Lutetium Tetrafluoride (LiLuF₄) and Strontium Hexaaluminate (SrAl₁₂O₁₉) // Opt. Express. 2015. V. 23. № 16. P. 21118–21127. https://doi.org/10.1364/OE.23.021118
Demesh M., Yasukevich A., Kisel V., Dunina E., Kornienko A., Dashkevich V., Orlovich V., Castellano-Hernández E., Kränkel Ch., Kuleshov N. Spectroscopic Properties and Continuous-Wave Deep-Red Laser Operation of Eu³⁺-Doped LiYF₄ // Opt. Lett. 2018. V. 43. P. 2364–2367. https://doi.org/10.1364/OL.43.002364
Chang N.C. Fluorescence and Stimulated Emission from Trivalent Europium in Yttrium Oxide // J. Appl. Phys. 1963. V. 34. P. 3500–3504. https://doi.org/10.1063/1.1729247
O’Connor J.R. Optical and Laser Properties of Nd³⁺- and Eu³⁺-Doped YVO₄ // Trans. Metall. Soc. AIME. 1967. V. 239. P. 362.
Bagayev S.N., Dashkevich V.I., Orlovich V.A., Vatnik S.M., Pavlyuk A.A., Yurkin A.M. 25% Eu:KGd(WO₄)₂ Laser Crystal: Spectroscopy and Lasing on the ⁵D₀ → ⁷F₄ Transition // Quant. Electron. 2011. V. 41. № 3. P. 189–192.
Dashkevich V.I., Bagayev S.N., Orlovich V.A., Bui A.A., Loiko P.A., Yumashev K.V., Yasukevich A.S., Kuleshov N.V., Vatnik S.M., Pavlyuk A.A. Red Eu,Yb:KY(WO₄)₂ Laser at ~702 nm // Laser Phys. Lett. 2015. V. 12. № 8. Art. 085001. https://doi.org/10.1088/1612-2011/12/8/085001
Demesh M.P., Castellano-Hernández E., Kisel V.E., Yasukevich A.S., Dashkevich V.I., Orlovich V.A., Kränkel C., Kuleshov N.V. Spectroscopy and Laser Operation of Eu³⁺:LiYF₄ // Proc. Int. Conf. Laser Optics (ICLO 2018). Saint Petersburg, 2018. R1-39. P. 28.
Azamatov Z.T., Arsenyev P.A., Chukichev M.V. Spectra of Gadolinium in YAG Single Crystals // Opt. Spectrosc. 1970. V. 28. P. 156.
Sytsma J., van Schaik W., Blasse G. Vibronic Transitions in the Emission Spectra of Gd³⁺ in Several Rare-Earth Compounds // J. Phys. Chem. Solids. 1991. V. 52. № 2. P. 419–429. https://doi.org/10.1016/0022-3697(91)90093-F
Wegh R.T., Donker H., Meijerink A., Lamminmäki R.J., Hölsä J. Vacuum-Ultraviolet Spectroscopy and Quantum Cutting for Gd³⁺ in LiYF₄ // Phys. Rev. B. 1997. V. 56. № 21. P. 13841–13848. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.56.13841
Kirm M., Stryganyuk G., Vielhauer S., Zimmerer G., Makhov V.N., Malkin B.Z., Solovyev O.V., Abdulsabirov R.Yu., Korableva S.L. Vacuum-Ultraviolet 5d−4f Luminescence of Gd³⁺ and Lu³⁺ Ions in Fluoride Matrices // Phys. Rev. B. 2007. V. 75. Art. 075111. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.75.075111
Wegh R., Donker H., van Loef E.V., Oskam K., Meijerink A. Quantum Cutting Through Down-Conversion in Rare-Earth Compounds // J. Lumin. 2000. V. 87–89. P. 1017–1019. https://doi.org/10.1016/S0022-2313(99)00514-1
Feldmann C., Jüstel T., Ronda C., Wiechert D. Quantum Efficiency of Down-Conversion Phosphor LiGdF₄:Eu // J. Lumin. 2001. V. 92. № 3. P. 245–254. https://doi.org/10.1016/s0022-2313(00)00240-4
Jenssen H., Castleberry D., Gabbe D., Linz A. Stimulated Emission at 5445 Å in Tb³⁺:YLF // IEEE J. Quant. Electron. 1973. V. 9. № 6. P. 665. https://doi.org/10.1109/jqe.1973.1077559
Castellano-Hernández E., Kalusniak S., Metz P.W., Kränkel C. Diode-Pumped Laser Operation of Tb³⁺:LiLuF₄ in the Green and Yellow Spectral Range // Laser Photon. Rev. 2020. Art. 1900229. https://doi.org/10.1002/lpor.201900229
Metz P.W., Marzahl D.-T., Majid A., Kränkel C., Huber G. Efficient Continuous Wave Laser Operation of Tb³⁺-Doped Fluoride Crystals in the Green and Yellow Spectral Regions // Laser Photon. Rev. 2016. V. 10. № 2. P. 335–344. https://doi.org/10.1002/lpor.201500274
Kalusniak S., Tanaka H., Castellano-Hernández E., Kränkel C. UV-Pumped Visible Tb³⁺-Lasers // Opt. Lett. 2020. V. 45. P. 6170–6173. https://doi.org/10.1364/OL.411072
Chen H., Uehara H., Kawase H., Yasuhara R. Efficient Visible Laser Operation of Tb:LiYF₄ and LiTbF₄ // Opt. Express. 2020. V. 28. № 8. P. 10951–10959. https://doi.org/10.1364/OE.385020
Metz P.W., Marzahl D.-T., Huber G., Kränkel C. Performance and Wavelength Tuning of Green Emitting Terbium Lasers // Opt. Express. 2017. V. 25. № 5. P. 5716–5724. https://doi.org/10.1364/OE.25.005716
Tkachuk A., Ivanova S., Isaenko L., Yeliseeve A., Payne S., Solarz R., Nostrand M., Page R., Payne S. Comparative Spectroscopic Study of the Dy³⁺ Doped Double Chloride and Double Fluoride Crystals for Teleconnunication Amplifiers and IR Lasers // Acta Phys. Pol. A. 1999. V. 95. № 3. P. 381–394.
Davydova M.P., Zdanovich S.B., Kazakov B.N., Korableva S.L., Stolov A.L. Stark Structure of the Spectrum of the Dy³⁺ Ion in a LiYF₄ Crystal // Opt. Spectrosc. 1977. V. 42. P. 327–328.
Bigotta S., Tonelli M., Cavalli E., Belletti A. Optical Spectra of Dy³⁺ in KY₃F₁₀ and LiLuF₄ Crystalline Fibers // J. Lumin. 2010. V. 130. P. 13–17. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2009.05.008
Brik M.G., Ishii T., Tkachuk A.M., Ivanova S.E., Razumova I.K. Calculations of the Transitions Intensities in the Optical Spectra of Dy³⁺:LiYF₄ // J. Alloys Compd. 2004. V. 374. P. 63–68. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2003.11.142
Cavalli E. Optical Spectroscopy of Dy³⁺ in Crystalline Hosts: General Aspects, Personal Considerations and Some News // Opt. Mater. X. 2019. V. 1. Art. 100014. https://doi.org/10.1016/j.omx.2019.100014
Bowman S.R., Condon N.J., O’Connor S., Rosenberg A. Diode-Pumped Dysprosium Laser Materials // Proc. SPIE. 2009. V. 7325. Art. 732507. https://doi.org/10.1117/12.819196
Kränkel C., Marzahl D., Moglia F., Huber G., Metz P.W. Out of the Blue: Semiconductor Laser Pumped Visible Rare-Earth Doped Lasers // Laser Photon. Rev. 2016. V. 10. № 4. P. 548–568. https://doi.org/10.1002/lpor.201500290
Barnes N.P., Allen R.E. Room Temperature Dy:YLF Laser Operation at 4.34 μm // IEEE J. Quant. Electron. 1991. V. 27. № 2. P. 277–282. https://doi.org/10.1109/3.78231
Dubinskii M.A., Korableva S.L., Naumov A.K., Semashko V.V. Linear YAG:Nd³⁺-Laser Radiation Convertor to Emission of 3 mkm Wavelength Region Based on LiYF₄:Dy³⁺ Crystal // 4 All-Union Conf. “Laser Optics’90”. Leningrad, USSR, 1990. P. 57.
Bolognesi G., Paris D.I., Calonico D., Costanzo G.A., Levi F., Metz P.W., Kränkel C., Huber G., Tonelli M. Yellow Laser Performance of Dy³⁺ in Co-Doped Dy,Tb:LiLuF₄ // Opt. Lett. 2014. V. 39. P. 6628–6631. https://doi.org/10.1364/OL.39.006628
Li N., Liu B., Shi J.-J., Xue Y.-Y., Zhao H.-Y., Shi Z.-L., Hou W.-T., Xu X.-D., Xu J. Research Progress of Rare-Earth Doped Laser Crystals in Visible Region // J. Inorg. Mater. 2019. V. 34. № 6. P. 573-589. https://doi.org/10.15541/jim20180403
Kalisky Y., Kagan J., Lotem H., Sagie D. Continuous Wave Operation of Multiply Doped Ho:YLF and Ho:YAG Laser // Opt. Commun. 1988. V. 65. № 5. P. 359–363. https://doi.org/10.1016/0030-4018(88)90103-4
Cockayne B., Plant J.G., Clay R.A. The Czochralski Growth and Laser Characteristics of Li(Y, Er, Tm, Ho)F₄ and Li(Lu, Er, Tm, Ho)F₄ Scheelite Single Crystals. // J. Cryst. Growth. 1981. V. 54. № 3. P. 407–413. https://doi.org/10.1016/0022-0248(81)90491-7
Dischler B., Wettling W. Investigation of the Laser Materials YAlO₃:Er and LiYF₄:Ho // J. Phys. D: Appl. Phys. 1984. V. 17. P. 1115–1124. https://doi.org/10.1088/0022-3727/17/6/008
Hemmati H. Efficient Holmium: Yttrium Lithium Fluoride Laser Longitudinally Pumped by a Semiconductor Laser Array // Appl. Phys. Lett. 1987. V. 51. № 8. P. 564–565. https://doi.org/10.1063/1.98348
Hemmati H. 2.07-μm CW Diode-Laser-Pumped Tm,Ho:YLiF₄ Room-Temperature Laser // Opt. Lett. 1989. V. 14. № 9. P. 435–437. https://doi.org/10.1364/OL.14.000435
Chicklis E., Naiman C., Esterowitz L., Allen R. Deep Red Laser Emission in Ho:YLF // IEEE J. Quant. Electron. 1977. V. 13. № 11. P. 893–895. https://doi.org/10.1109/JQE.1977.1069254
Jani M.G., Barnes N.P., Murray K.E., Hart D.W., Quarles G.J., Castillo V.K. Diode-Pumped Ho:Tm:LuLiF₄ Laser at Room Temperature // IEEE J. Quant. Electron. 1997. V. 33. № 1. P. 112–115. https://doi.org/10.1109/3.554905
Esterowitz L. Diode Pumped Holmium, Thulium and Erbium Lasers between 2 and 3 Micrometers Operating CW at Room Temperature // Opt. Eng. 1990. V. 29. № 6. P. 676–680. https://doi.org/10.1117/12.55628
Esterowitz L., Eckardt R.C., Allen R.E. Long-Wavelength Stimulated Emission via Cascade Laser Action in Ho:YLF // Appl. Phys. Lett. 1979. V. 35. № 3. P. 236–239. https://doi.org/10.1063/1.91083
Veronesi S., Zhang Y., Tonelli M., Schellhorn M. Efficient Laser Emission in Ho³⁺:LiLuF₄ Grown by Micro-Pulling Down Method // Opt. Express. 2012. V. 20. № 17. P. 18723–18731. https://doi.org/10.1364/OE.20.018723
Kaminskii A.A. Stimulated Emission Spectroscopy of Ln³⁺ Ions in Tetragonal LiLuF₄ Fluoride // Phys. Status Solidi A. 1986. V. 97. № 1. P. K53–K58. https://doi.org/10.1002/pssa.2210970145
Reichert F. Praseodymium- and Holmium-Doped Crystals for Lasers Emitting in the Visible Spectral Region // PhD Thesis. Hamburg. 2013. 166 p.
Erbil A., Jenssen H.P. Tunable Ho⁺³:YLF Laser at 2.06 μm // Appl. Opt. 1980. V. 19. № 11. P. 1729–1730. https://doi.org/10.1364/AO.19.001729
Антипенко Б.М., Подколзина И.Г., Томашевич Ю.В. LiYbF₄:Ho³⁺ как активная среда для лазерного конвертера // Квант. электрон. 1980. Т. 7. № 3. С. 647–648.
Антипенко Б.М., Воронин С.П., Подколзина И.Г., Мак А.А., Томашевич Ю.В. 2.06 мкм лазерный конвертер излучения неодимого лазера // Письма в ЖТФ. 1978. Т. 4. № 4. С. 80–83.
Морозов А.М., Подколзина И.А., Ткачук А.М., Федоров В.А., Феофилов П.П. Люминесценция и стимулированное излучение литий-эрбиевых и литий-гольмиевых двойных фторидов // Опт. и спектроск. 1975. Т. 39. С. 605–607.
Ткачук А.М. Спектроскопические и лазерные свойства концентрированных редкоземельных кристаллов. Соединения празеодима, гольмия и эрбия // Спектроскопия кристаллов / Под ред. Каплянского А.А. Ленинград: Наука, 1985. С. 42–59.
Reichert F., Moglia F., Metz P. W., Arcangeli A., Marzahl D.-T., Veronesi S., Parisi D., Fechner M., Tonelli M., Huber G. Prospects of Holmium-Doped Fluorides as Gain Media for Visible Solid State Lasers // Opt. Mater. Express. 2014. V. 5. № 1. P. 88–101. https://doi.org/10.1364/OME.5.000088
Li Ch., Zhang Y., Zhang X., Miao D., Lin H., Tonelli M., Zeng F., Liu J. Spectral Properties and Parameters Calculation of Er:LiGdF₄ Crystal // Mater. Sci. Appl. 2011. V. 2. P. 1161–165. https://doi.org/10.4236/msa.2011.28156
Ткачук А.М., Клокишнер С.И., Петров М.В. Самотушение люминесценции в концентрированных кристаллах двойных фторидов лития-эрбия и лития гольмия // Опт. и спектрск. 1985. Т. 49. С. 802–811.
Hebert T., Wannemacher R., Lenth W., Macfarlane R.M. Blue and Green CW Upconversion Lasing in Er:YLiF₄ // Appl. Phys. Lett. 1990. V. 57. № 17. P. 1727–1729. https://doi.org/10.1063/1.104048
Xie P., Rand S.C. Continuous-Wave, Fourfold Upconversion Laser // Appl. Phys. Lett. 1993. V. 63. P. 3125–3127. https://doi.org/10.1063/1.110224
McFarlane R.A. Dual Wavelength Visible Upconversion Laser // Appl. Phys. Lett. 1989. V. 54. P. 2301–2302. https://doi.org/10.1063/1.101108
McFarlane R.A. High-Power Visible Upconversion Laser // Opt. Lett. 1991. V. 16. № 18. P. 1397–1399. https://doi.org/10.1364/ol.16.001397
Xie P., Rand S.C. Visible Cooperative Upconversion Laser in Er:LiYF₄// Opt. Lett. 1992. V. 17. № 17. P. 1198–1200. https://doi.org/10.1364/OL.17.001198
Brede R., Danger T., Heumann E., Huber G. Room Temperature Green Laser Emission of Er:LiYF₄ // Appl. Phys. Lett. 1993. V. 63. № 9. P. 729–730. https://doi.org/10.1063/1.109942
Brede R., Heumann E., Koetke J., Danger T., Huber G., Chai B. Green Up-Conversion Laser Emission in Er-Doped Crystals at Room Temperature // Appl. Phys. Lett. 1993. V. 63. № 15. P. 2030–2031. https://doi.org/10.1063/1.110581
Möbert P.E.-A., Heumann E., Huber G., Chai B.H.T. Green Er³⁺:YLiF₄ Upconversion Laser at 551 nm with Yb³⁺ Codoping: a Novel Pumping Scheme // Opt. Lett. 1997. V. 22. № 18. P. 1412–1414. https://doi.org/10.1364/OL.22.001412
Heine F., Heumann E., Möbert P., Huber G., Chai B.H.T. Room Temperature CW Green Upconversion Er³⁺:YLiF₄-Laser Pumped Near 970 nm // OSA Proc. Advanced Solid State Lasers / Eds. Chai B. and Payne S. Washington: OSA, 1995. V. 24. Art. VL3.
Петров М.В., Ткачук А.М. Оптические спектры и многочастотная генерация вынужденного излучения кристаллов LiYF₄-Er³⁺ // Опт. и спектрск. 1978. Т. 45. № 1. С. 147–155.
Антипенко Б.М., Раба О.Б., Сейранян К.Б., Сухарева Л.К. Квази-непрерывная генерация LiYF₄:Er:Pr на 0.85 мкм // Квант. электрон. 1983. Т. 13. № 9. С. 1874–1877.
Ткачук А.М., Петров М.В., Кораблева С.Л., Подколзина И.Г. Кристаллы YLF:Er и YLF:Nd как активные среды твердотельных лазеров ближнего ИК-диапазона // Изв. АН СССР. Сер.физ. 1988. Т. 52. № 3. С. 537–541.
Pollock S.A., Chang D.B., Birnbaum M. Threefold Upconversion Laser at 0.85, 1.23 and 1.73 mm in Er:YLF Pumped with a 1.53 mm Er Glass Laser // Appl. Phys. Lett. 1989. V. 54. P. 869–871. https://doi.org/10.1063/1.100842
Möbert P.E., Heumann E., Petermann K., Huber G., Chai B.H.T. Efficient Room-Temperature Continuous–Wave Upconversion-Pumped Er:YLiF₄ Laser at 850 nm // OSA Proc. Advanced Solid State Lasers / Eds. Bosenberg W., Fejer M., OSA Trends in Optics and Photonics Series. Washington: Opt. Soc. Am., 1998. V. 19. paper VL7. https://doi.org/10.1364/ASSL.1998.VL7
Кораблева С.Л., Ливанова Л.Д., Петров М.В., Ткачук А.М. Вынужденное излучение ионов Er³⁺ в кристаллах LiYF₄ // ЖТФ. 1981. Т. LI. С. 2572–2575.
Pinto J.F., Rosenblatt G.H., Esterowitz L. Continuous-Wave Laser Action in Er³⁺:YLF at 3.41 mm // Electron. Lett. 1994. V. 30. P. 1596–1598. https://doi.org/10.1049/el:19941085
Kintz G.J., Alban R., Esterowitz L. CW and Pulsed 2.8 μm Laser Emission from Diode-Pumped Er³⁺:LiYF₄ at Room Temperature // Appl. Phys. Lett. 1987. V. 50. P. 1553–1555. https://doi.org/10.1063/1.97777
Pollack S.A., Chang D.B. Ion-Pair Upconversion Pumped Laser Emission in Er³⁺ Ions in YAG, YLF, SrF₂, and CaF₂ Crystals // J. Appl. Phys. 1988. V. 64. P. 2885–2893. https://doi.org/10.1063/1.341572
Schmaul B., Huber G., Clausen R., Chai B., LiKamWa P., Bass M. Er³⁺:YLiF₄ Continuous Wave Cascade Laser Operation at 1620 and 2810 nm at Room Temperature // Appl. Phys. Lett. 1993. V. 62. P. 541–543. https://doi.org/10.1063/1.108904
Jensen T., Chai B.H.T., Diening A., Huber G. Investigation of Diode-Pumped 2.8-μm Er:LiYF₄ Lasers with Various Doping Levels // Opt. Lett. 1996. V. 21. № 8. P. 585–587. https://doi.org/10.1364/OL.21.000585
Moglia F. Upconversion Lasers and Other Applications of Er³⁺-Doped Fluoride Crystals // PhD Thesis. Universität Hamburg, 2013. 247 p.
Moglia F., Müller S., Reichert F., Metz P.W., Calmano T., Kränkel C., Heumann E., Huber G. Efficient Upconversion-Pumped Continuous Wave Er³⁺:LiLuF₄ Lasers // Opt. Mater. 2015. V. 42. P. 67–173. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2015.01.004
Каминский А.А., Маркосян А.А., Пелевин А.В., Полякова Ю.А., Саркисов С.Э., Уварова Т.В. Люминесцентные свойства и стимулированное излучение ионов Pr³⁺, Nd³⁺ и Er³⁺ в тетрагональном фториде иттрия-лютеция // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. 1985. Т. 21. № 5. С. 870–873.
Gorbachenya K.N., Kurilchik S.V., Kisel V.E., Yasukevich A.S., Kuleshov N.V., Nizamutdinov A.S., Korableva S.L., Semashko V.V. Laser Performance of In-Band Pumped Er:LiYF₄ and Er:LiLuF₄ Crystals // Quant. Electron. 2016. V. 46. № 2. P. 95–99. https://doi.org/10.1070/QEL15974
Brede R., Heumann E., Danger T., Huber G., Chai B.H.T. Room Temperature Green Upconversion Lasing in Erbium-Doped Fluorides // OSA Proc. Adv. Solid State Lasers / Eds. Fan T.Y., Chai B.H.T. Washington: OSA, 1995. V. 20. paper VS6. P. 348–351. https://doi.org/10.1364/ASSL.1994.VS6
Петров М.В., Ткачук А.М., Феофилов П.П. Многочастотная и каскадная генерация вынужденного излучения ионов Ho³⁺ и Er³⁺ в кристаллах LiYF₄ и задержанная генерация вынужденного послесвечения ионов Ho³⁺ // Изв. АH СССР. Сер. физ. 1981. Т. 45. № 5. С. 654–658.
Каминский А.А., Саркисов С.Е., Сейранян К.Б., Федоров В.А. Генерация стимулированного излучения на волнах пяти каналов ионов Er³⁺ в самоактивированном кристалле LiErF₄ // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. 1982. Т. 18. № 3. С. 527–528.
Ter-Gabrielyan N., Fromzel V. Cascade Generation at 1.62, 1.73 and 2.8 µm in the Er:YLF Q-Switched Laser // Opt. Express. 2019. V. 27. № 15. P. 20199–20210. https://doi.org/10.1364/OE.27.020199
Ткачук А.М., Петрова М.В., Ливанова Л.Д., Кораблева С.Л. Импульсно-периодический YLF:Er³⁺, Pr³⁺ лазер на длине волны 0.8503 мкм // Опт. и спектроск. 1983. Т. 54. № 6. С. 1120–1123.
Knowles D.S., Jenssen H.P. Upconversion versus Pr-Deactivation for Efficient 3 mm Laser Pperation in Er // IEEE J. Quant. Electron. 1992. V. 28. P. 119–1208. https://doi.org/10.1109/3.135247
Tkachuk A., Razumova I., Malyshev A., Gapontsev V. Population of Lasing Erbium Levels in YLF:Er³⁺ Crystals under Upconversion CW LD Pumping // J. Lumin. 2001. V. 94. P. 317–320. https://doi.org/10.1016/S0022-2313(01)00393-3
Nguyen D.C., Faulkner G.E., Dulick M. Blue-Green (450-nm) Upconversion Tm³⁺:YLF Laser // Appl. Opt. 1989. V. 28. № 17. P. 3553–3555. https://doi.org/10.1364/AO.28.003553
Nguyen D.C., Faulkner G.E., Weber M.E., Dulick M. Blue Upconversion Thulium Laser // Proc. SPIE. 1990. V. 1223. P. 54–63. https://doi.org/10.1117/12.18393
Hebert T., Wannemacher R., Macfarlane R.M., Lenth W. Blue Continuously Pumped Upconversion Lasing in Tm:YLiF₄ // Appl. Phys. Lett. 1992. V. 60. № 21. P. 2592–2594. https://doi.org/10.1063/1.106919
Heine F., Ostroumov V., Heumann E., Jensen T., Huber G., Chai B.H.T. CW Yb,Tm:LiYF₄ Upconversion Laser at 650 nm, 800 nm, and 1500 nm // OSA Proc. Advanced Solid State Lasers / Eds. Chai B., Payne S. Washington: Opt. Soc. Am., 1995. V. 24. Art. VL4.
Каминский А.А. Два канала генерации ионов Tm³⁺ во фторидах лития-иттрия // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. 1983. Т. 19. № 8. С. 1388–1390.
Rosenblatt G.H., Stoneman R.C., Esterowitz L. Diode-Pumped Room-Temperature CW 1.45-μm Tm;Tb:YLF Laser // OSA Proc. Advanced Solid State Lasers / Eds. Dube G. Washington: Opt. Soc. Am., 1990. V. 6. Art. DPL8. https://doi.org/10.1364/ASSL.1990.DPL8
Stoneman R.C., Esterowitz L. Continuous-Wave 1.50-μm Thulium Cascade Laser // Opt. Lett. 1991. V. 16. № 4. P. 232–234. https://doi.org/10.1364/OL.16.000232
Diening A., Möbert P.E.-A., Huber G. Diode-Pumped Continuous-Wave, Quasi-Continuous-Wave, and Q-Switched Laser Operation of Yb³⁺,Tm³⁺:YLiF₄ at 1.5 and 2.3 μm // J. Appl. Phys. 1998. V. 84. № 11. P. 5900–5904. https://doi.org/10.1063/1.368876
Braud A., Girard S., Doualan J.L., Thuau M., Moncorgé R., Tkachuk A.M. Energy-Transfer Processes in Yb:Tm-Doped KY₃F₁₀, LiYF₄, and BaY₂F₈ Single Crystals for Laser Operation at 1.5 and 2.3 μm // Phys. Rev. B. 2000. V. 61. № 8. P. 5280–5292. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.61.5280
Ketteridge P.A., Bundi P.A., Knights M.G., Chicklis E.P. An All Solid-State 7 watt CW, Tunable Tm:YLF Laser // OSA TOPS. Advanced Solid State Lasers 1997 / Eds. Pollock C.R., Bosenberg W.R. Washington: Opt. Soc. Am., 1997. V. 10. P. 197–198. Art. LS2. https://doi.org/10.1364/ASSL.1997.LS2
Dergachev A., Wall K., Moulton P.F. A CW Side-Pumped Tm: YLF Laser // OSA Proc. Advanced Solid-State Lasers / Eds. Fermann M., Marshall L. Trends in Optics and Photonics Series. OSA. Washington: Opt. Soc. Am., 2002. V. 68 Paper WA1. https://www.osapublishing.org/abstract.cfm?URI= ASSL-2002-WA1
Schellhorn M., Ngcobo S., Bollig C. High-Power Diode-Pumped Tm:YLF Slab Laser // Appl. Phys. B. 2009. V. 94. P. 195–198. https://doi.org/10.1007/s00340-008-3269-y
Strauss H.J., Esser M.J.D., King G., Maweza L. Tm:YLF Slab Wavelength-Selected Laser // Opt. Mater. Express. 2012. V. 2. P. 1165–1170. https://doi.org/10.1364/OME.2.001165
Loiko P., Serres J.M., Mateos X., Tacchini S., Tonelli M., Veronesi S., Parisi D., Lieto A.D., Yumashev K., Griebner U., Petrov V. Comparative Spectroscopic and Thermo-Optic Study of Tm:LiLnF₄ (Ln = Y, Gd, and Lu) Crystals for Highly-Efficient Microchip Lasers at ~2 μm // Opt. Mater. Express. 2017. V. 7. P. 844–854. https://doi.org/10.1364/OME.7.000844
Berrou A., Collett O.J.P., Morris D., Esser M.J.D. Comparative Study of High Power Tm:YLF and Tm:LLF Slab Lasers in Continuous Wave Regime // Opt. Express. 2018. V. 26. P. 10559–10572. https://doi.org/10.1364/OE.26.010559
Coluccelli N., Galzerano G., Laporta P., Cornacchia F., Parisi D., Tonelli M. Tm-Doped LiLuF₄ Crystal for Efficient Laser Action in the Wavelength Range from 1.82 to 2.06 μm // Opt. Lett. 2007. V. 32. № 14. P. 2040–2042. https://doi.org/10.1364/OL.32.002040
Cornacchia F., Di Lieto A., Tonelli M. LiGdF₄:Tm³⁺: Spectroscopy and Diode-Pumped Laser Experiments // Appl. Phys. B. 2009. V. 96. № 2–3. P. 363–368. https://doi.org/10.1007/s00340-009-3555-3
Oreshkov B., Veronesi S., Tonelli M., Lieto A., Petrov V., Griebner U., Mateos X., Buchvarov I. Tm³⁺:LiGdF₄ Laser, Passively Q-Switched with a Cr²⁺:ZnSe Saturable Absorber // IEEE Photon. J. 2015. V. 7. Art. 1502206. https://doi.org/10.1109/JPHOT.2015.2427737
Антипенко Б.М., Мак А.А., Раба О.Б., Сейранян К.Б., Уварова Т.В. Новый лазерный переход иона Tm³⁺ // Квант. электрон. 1983. Т. 10. № 4. С. 889–992.
Bear J.W., Knights M.G., Chicklis E.P., Jenssen H.P. XeF-Pumped Tm:YLF: an Excimer Excited Storage Laser // Technical Digest of Topical Meeting on Excimer Lasers. OSA. Washington (DC). 1979. Art. ThAl.
Esterowitz L., Allen R., Eckardt R. Cascade Laser Action in Tm³⁺:YLF // The Rare Earths in Modern Science and Technology / Eds. McCarthy G.I., Silber H.B., Rhyne J.J., N. Y.: Plenum Press, 1982. V. 3. P. 159–162.
Walsh B.M., Barnes N.P., Di Bartolo B. Branching Ratios, Cross Sections, and Radiative Lifetimes of Rare Earth Ions in Solids: Application to Tm³⁺ and Ho³⁺ Ions in LiYF₄ // J. Appl. Phys. 1998. V. 83. № 5. P. 2772–2787. https://doi.org/10.1063/1.367037
Tkachuk A.M., Razumova I.K., Joubert M.-F., Moncorge R. Up-Conversion in YLF:Yb³⁺,Tm³⁺ Laser Crystals // Proc. SPIE. Laser Optics’98: Solid State Lasers. 1998. V. 3682. P. 76–82. https://doi.org/10.1117/12.334799
Bensalah A., Guyot Y., Brenier A., Sato H., Fukuda T., Boulon G. Spectroscopic Properties of Yb³⁺:LuLiF₄ Crystal Grown by the Czochralski Method for Laser Applications and Evaluation of Quenching Processes: a Comparison with Yb³⁺:YLiF₄ // J. Alloys Compd. 2004. V. 380. № 1–2. P. 15–26. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2004.03.086
Kawanaka J., Nishioka H., Inoue N., Ueda K. Tunable Continuous-Wave Yb:YLF Laser Operation with a Diode-Pumped Chirped-Pulse Amplification System // Appl. Opt. 2001. V. 40. № 21. P. 3542–3546. https://doi.org/10.1364/AO.40.003542
Vannini M., Toci G., Alderighi D., Parisi D., Cornacchia F., Tonelli M. High Efficiency Room Temperature Laser Emission in Heavily Doped Yb:YLF // Opt. Express. 2007. V. 15. № 13. P. 7994–8002. https://doi.org/10.1364/OE.15.007994
Pirri A., Alderighi D., Toci G., Vannini M., Nikl M., Sato H. Direct Comparison of Yb³⁺:CaF₂ and Heavily Doped Yb³⁺:YLF as Laser Media at Room Temperature // Opt. Express. 2009. V. 17. № 20. P. 18312–18319. https://doi.org/10.1364/OE.17.018312
Alderighi D., Pirri A., Toci G., Vannini M. Tunability Enhancement of Yb:YLF Based Laser // Opt. Express. 2010. V. 18. P. 2236–2241. https://doi.org/10.1364/OE.18.002236
Bolaños W., Starecki F., Braud A., Doualan J.-L., Moncorgé R., Camy P. 28 W End-Pumped Yb³⁺:LiYF₄ Waveguide Laser // Opt. Lett. 2013. V. 38. № 24. P. 5377–5380. https://doi.org/10.1364/OL.38.005377
Coluccelli N., Galzerano G., Bonelli L., Di Lieto A., Tonelli M., Laporta P. Diode-Pumped Passively Mode-Locked Yb:YLF Laser // Opt. Express. 2008. V. 16. № 5. P. 2922–2927. https://doi.org/10.1364/OE.16.002922
Pirzio F., Fregnani L., Volpi A., Lieto A.D., Tonelli M., Agnesi A. 87 fs Pulse Generation in a Diode-Pumped Semiconductor Saturable Absorber Mirror Mode-Locked Yb:YLF Laser // Appl. Opt. 2016. V. 55. № 16. P. 4414–4417. https://doi.org/10.1364/AO.55.004414
Kawanaka J., Yamakawa K., Nishioka H., Ueda K. 30-mJ, Diode-Pumped, Chirped-Pulse Yb:YLF Regenerative Amplifier // Opt. Lett. 2003. V. 28. № 21. P. 2121–2123. https://doi.org/10.1364/ol.28.002121
Kawanaka J., Yamakawa K., Nishioka H., Ueda K. Improved High-Field Laser Characteristics of a Diode-Pumped Yb:LiYF₄ Crystal at Low Temperature // Opt. Express. 2002. V. 10. № 10. P. 455–460. https://doi.org/10.1364/oe.10.000455
Rand D., Miller D., Ripin D.J., Fan T.Y. Cryogenic Yb³⁺-Doped Materials for Pulsed Solid-State Laser Applications // Opt. Mater. Express. 2011. V. 1. № 3. P. 434–450. https://doi.org/10.1364/ome.1.000434
Demirbas U., Kellert M., Thesinga J., Thesinga J., Hua Y., Reuter S., Kärtner F.X., Pergament M. Comparative Investigation of Lasing and Amplification Performance in Cryogenic Yb:YLF Systems // Appl. Phys. B. 2021. V. 127. Art. 46. https://doi.org/10.1007/s00340-021-07588-8
Тавшунский Г.А., Хабибулаев П.К., Халиков О.Т., Сейранян К.Б. Радиационное окрашивание кристаллов LiYF₄ // ЖТФ. 1983. Т. 53. № 3. С. 803–805.
Combes C.M., Dorenbos P., van Eijk C.W.E., Pedrini C., Den Hartog H.W., Gesland J.Y., Rodnyie P.A. Optical and Scintillation Properties of Ce³⁺ Doped LiYF₄ and LiLuF₄ Crystals // J. Lumin. 1997. V. 71. P. 65–70. https://doi.org/10.1016/S0022-2313(96)00118-4
Fukabori A., Yokota Y., Yanagida T., Moretti F., Chani V., Kawaguchi N., Kamada K., Yoshikawa A. Effect of Ce Doping on Scintillation Characteristics of LiYF₄ Gamma-Ray Detection // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A. 2011. V. 631. P. 68-72. https://doi.org/10.1016/j.nima.2010.12.102
Qiu Z., Wang S.-H., Wang W., Wu S.-F. Polymer Composites Entrapped Ce-Doped LiYF₄ Microcrystals for High-Sensitivity X-ray Scintillation and Imaging // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2020. V. 12. № 26. P. 29835–29843. https://doi.org/10.1021/acsami.0c07765
Kamada K., Hishinuma K., Kurosawa S., Yamaji A., Shoji Y., Ohashi Y., Yokota Y., Yoshikawa A. Growth and Scintillation Properties of Tb Doped LiGdF₄/LiF Eutectic Scintillator // Opt. Mater. 2016. V. 61. P. 134–138. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2016.09.019
Nourtdinova L.A., Semashko V.V., Naumov A.K., Abdulsabirov R.Yu., Korableva S.L. Spectroscopic Indications of the Possible Optical Cooling Effect in Fluoride Crystals Activated by Yb³⁺ and Tm³⁺ Ions // Phys. Solid State. 2005. V. 47. № 8. P. 1463–1466. https://doi.org/10.1134/1.2014491
Nemova G., Kashyap R. Laser Cooling of Solids: Latest Achievements and Prospects // Proc. SPIE. 2018. V. 10550. Art. 1055005. https://doi.org/10.1117/12.2292514
Kazakov B.N., Goriev O.G., Khadiev A.R., Korableva S.L., Semashko V.V. Optical Method of Measuring the Temperature of Fluoride Crystals Activated by Yb³⁺ and Tm³⁺ Ions // Phys. Solid State. 2019. V. 61. № 5. P. 840–843. https://doi.org/10.1134/S1063783419050135
Pudovkin M.S., Korableva S.L., Koryakovtseva D.A., Lukinova E.V., Lovchev A.V., Morozov O.A., Semashko V.V. The Comparison of Pr³⁺:LaF₃ and Pr³⁺:LiYF₄ Luminescent Nano- and Micro-Thermometer Performances // J. Nanopart. Res. 2019. V. 21. Art. https://doi.org/10.1007/s11051-019-4713-0. 10.1007/s11051-019-4713-0

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска содержание выпуска

Неорганические материалы

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал

Неорганические материалы, 2022, T. 58, № 5, стр. 467-512

Двойные фториды лития и редкоземельных элементов – материалы фотоники. 2. Некоторые физические и спектрально-генерационные характеристики

ВВЕДЕНИЕ