4.2. КОРУНД С ТИТАНОМ

Монокристаллы выращиваются методами Чохральского, направленной кристаллизации и методом Вернейля в восстановительной или защитной среде. Кристаллы, полученные методом Вернейля, обычно более неоднородны, напряжены и имеют большую плотность дислокаций. При выращивании методом направленной кристаллизации используются тигли из молибдена или вольфрама. Методом вертикальной направленной кристаллизации с затравкой удается получить совершенные кристаллы достаточно высокого качества с содержанием от 0,099 до 0,24 % (масс.) [9]. Поскольку коэффициент распределения титана в корунде меньше

единицы, основной проблемой при выращивании методом направленной кристаллизации является оттеснение титана фронтом кристаллизации и связанные с этим явлением осевая концентрационная неоднородность и невозможность получения высоких концентраций активатора в кристалле. Осевая концентрационная неоднородность кристаллов приводит к осевой неоднородности поглощения [9] (рис. 4.3). Однородность кристаллов, выращиваемых методом Чохральского обычно выше, и при выращивании кристаллов с скоростями кристаллизации, меньшими чем можно получить кристаллы с концентрацией Ti до

Кристаллы методом Чохральского выращиваются из иридиевых тиглей, в атмосфере азота с примесью водорода со скоростью вытягивания до и скоростью вращения порядка 5 об/мин. Направлением роста обычно выбирается направление Отжиг кристаллов проводится в вакууме или аргоне при Охлаждение кристаллов может идти со скоростью от при высоких температурах до при температурах, приближающихся к комнатной [10]. При концентрации превышающей потери на поглощение в диапазоне длин волн лазерной генерации становятся неприемлемо большими, так что наиболее высокие генерационные характеристики достигаются при концентрации Ti около (ат.). Схема энергетических уровней иона приведена в гл. 2 (см. рис. 2.15). Лазерная генерация может быть получена на оптических переходах В этих переходах сильно проявляется электронно-колебательное взаимодействие, поэтому в оптических спектрах наблюдается значительный стоксовский сдвиг: спектр люминесценции сдвинут относительно спектра поглощения на 300 нм в сторону длинных волн. Из-за сильного взаимодействия электронов с колебаниями решетки линия люминесценции очень широкая . Генерация на переходах иона может быть получена при ламповой и лазерной (лазеры аргоновый и ИАГ: Nd) накачке. С помощью селективных резонаторов можно обеспечить перестройку излучения лазера в интервале длин волн мкм. Некоторые оптические характеристики корунда с титаном приведены ниже:

Рис. 4.3. Зависимость коэффициента К поглощения корунда с титаном на длине волны 490 им от расстояния между образцом и затравкой

Поглощение в корунде с титаном характеризуется широкой полосой в области нм, являющейся суперпозицией двух полос с максимумами при 490 нм и при 550 нм и шириной полос 1295 и соответственно.

Корунд - анизотропный кристалл, и оптические спектры в корунде поляризованы. Поглощение и люминесценция света с необыкновенной поляризацией (вдоль оси С) в два раза выше, чем поглощение света с обыкновенной поляризацией. Основной проблемой при создании лазеров на корунде с титаном является проблема поглощения в красной и ближней ИК-обласги спектра, т.е. в области генерации перестраиваемого лазера. Это поглощение связывается с комплексами, которые могут образовывать ионы титана и собственные точечные дефекты корунда [10].

Присутствие дефектов вблизи иона смещает -уровни титана, изменяет расстояние между и состояниями, что должно приводить к повышению поглощения в области длинных волн. Рост ИК-поглощения при отжиге кристаллов в присутствии кислорода и снижение поглощения в результате восстановительного отжига [10] свидетельствуют о том, что к росту ИК-поглощения приводит присутствие в кристалле четырехвалентного титана.

Коэффициент поглощения корунда с титаном в ближней ИК-обласги спектра и коэффициент поглощения иона связаны зависимостью (рис. 4.4) .

Эта зависимость указывает на то, что ИК-поглощение связано с центрами, число которых пропорционально квадрату концентрации ионов определяющих поглощение при 490 нм. Это может означать, что в состав центров, определяющих ИК-поглощение, кроме ионов кон-

Рис. 4.4. Связь поглощения на длине волиы 490 нм и в ближией ИК-области спектра кристаллов корунда с титаном [10]

центрация которых пропорциональна концентрации входят и сами ионы т.е. поглощение в ближней ИК-области определяется парами Любая из моделей центров ИК-поглощения, включающая объясняет тот факт, что восстановительный отжиг снижает отношение и улучшает характеристики лазерного кристалла Перевод ионов в состояние возможен с помощью специальных технологических приемов (см. 2.1.3).