Анотація до роботи:

Мельник С.С. Рідинно-фазна епітаксія плівок YAG:Cr⁴⁺, GGG:Cr⁴⁺ та YAG:Yb³⁺ для мікрочіпових та дискових лазерів. -Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.27.06 - технологія обладнання та виробництво електронної техніки. Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, 2006.

Дисертація присвячена розробці основ технології одержання методом ізотермічної рідинно-фазної епітаксії монокристалічних плівок гадоліній-галієвого та ітрій-алюмінієвого гранатів, активованих чотиривалентним хромом, для застосування в ролі пасивного модулятора добротності резонатора мікрочіпових лазерів, а також монокристалічних плівок ітрій-алюмінієвих гранатів, активованих ітербієм, для використання в ролі активних середовищ дискових лазерів.

У роботі досліджено особливості формування фототропних центрів у процесі синтезу монокристалічних плівок гадоліній-галієвих та ітрій-алюмінієвих гранатів; наведено залежність концентрації фототропних центрів у вказаних вище плівках від вмісту оксиду хрому та магнію в розчині-розплаві, кристалографічної орієнтації підкладки, температури синтезу, швидкості та тривалості росту. Досліджено особливості синтезу монокристалічних плівок ітрій-алюмінієвих гранатів, активованих іонами Yb³⁺ з часом релаксації на метастабільному рівні t~1 мс. Встановлено особливості вирощування вказаних вище монокристалічних плівок товщиною до 200 мкм з узгодженням параметрів граток підкладки та плівки шляхом додаткового співлегування. Наведено результати впливу післяростової термообробки та гамма-опромінення для покращення експлуатаційної та деградаційної стійкості одержаних структур.

1. У дисертаційній роботі шляхом проведення експериментальних досліджень встановлені та оптимізовані технологічні параметри і режими вирощування методом РФЕ товстих (до 200 мкм) епітаксійних плівок гранатів з необхідними властивостями для їх застосування в якості активних середовищ мікрочіпових лазерів з пасивною модуляцією добротності та дискових лазерів.

2. Встановлено, що зміна співвідношення основних гранатоутворюючих компонент у межах гранатоутворюючої фази при сталому вмісті оксиду хрому в Р-Р не впливає на загальний вміст хрому в монокристалічних плівках GGG:Cr⁴⁺Mg²⁺ та YAG:Cr⁴⁺Mg²⁺. При збільшенні температури синтезу плівок гранатів в межах 1020…1100С спостерігається незначне збільшення концентрації хрому у них через підвищення розчинності оксиду хрому в розчиннику PbO-0.1B₂O₃.

3. Показано, що концентрація фототропних центрів Cr⁴⁺ (до 10¹⁹ см^-3) у синтезованих монокристалічних плівках GGG:Cr⁴⁺Mg²⁺ та YAG:Cr⁴⁺Mg²⁺ є пропорційною до добутку вмісту Cr₂O₃ (до 5 моль. %) та MgO (до 0.7 моль. %) в розчин-розплаві на основі розчиннику PbO-0.1B₂O₃ при сталій температурі росту в межах 1020…1100С.

4. Показано, що при ступені переохолодження 20С (що відповідає швидкості росту 0.2…1.0 мкм/хв в залежності від кристалографічної орієнтації підкладки) утворюється максимально можлива (при даному вмісті оксиду хрому та магнію в Р-Р) концентрація фототропних центрів Cr⁴⁺ у процесі росту товстих до 200 мкм плівок GGG:Cr⁴⁺Mg²⁺, YAG:Cr⁴⁺Mg²⁺. У цьому випадку процес формування фототропних центрів є ближчий до термодинамічної рівноваги. Подальший високотемпературний відпал на повітрі монокристалічних плівок GGG:Cr⁴⁺Mg²⁺ та YAG:Cr⁴⁺Mg²⁺ не спричинює перерозподіл іонів чотиривалентного хрому між октаедрами та тетраедрами.

5. Показано, що наявність у монокристалічних плівках YAG:Yb³⁺ іонів Pb²⁺ та Yb²⁺ призводить до зменшення часу релаксації метастабільного рівня ²F_5/2 іонів Yb³⁺. У процесі росту плівок YAG:Yb³ з розчинника Bi₂O₃ при ступені переохолодження більше 30С відбувається утворення іонів Yb²⁺ внаслідок утворення кисневих вакансій. У процесі високотемпературного відпалу на повітрі плівок YAG:Yb³, синтезованих з розчинника Bi₂O₃, зникають характеристичні смуги поглинання іонів Yb²⁺, внаслідок процесу перезарядки Yb²⁺Yb³⁺, з одночасним зростанням часу життя на верхньому лазерному рівні іонів Yb³⁺ до 0.953 мс.

6. Процеси утворення аніонних вакансій, які обумовлюють зміни зарядового стану іонів хрому в монокристалах YAG:Cr⁴⁺Mg²⁺, інтенсивно проходять при температурах відпалу в атмосфері водню більше 700С. У процесі ізотермічних та ізохронних високотемпературних відпалювань монокристалів YAG:Cr⁴⁺Mg²⁺ в окислювальній та відновлювальній атмосферах спочатку спостерігається перезарядка іонів хрому в октаедрах Cr⁴⁺_(окт)+eCr³⁺_(окт) з наступним процесом міграції Cr⁴⁺_[тетр]Cr⁴⁺_(окт) до встановлення термодинамічної рівноваги в матриці.

7. Результати впливу гамма-опромінення на монокристалічні плівки GGG:Cr⁴⁺Mg²⁺ та YAG:Cr⁴⁺Mg²⁺ можуть бути використані для оцінки надійності роботи цих плівок в ролі пасивного модулятора добротності у радіаційних полях.

8. Дослідження генераційних властивостей синтезованих плівок у макеті лазера підтвердили можливість створення мікролазерів з пасивною модуляцією добротності на основі структур GGG:Cr⁴⁺Mg²⁺/GGG:Nd з кристалографічним напрямком (111), YAG:Cr⁴⁺Mg²⁺/YAG:Nd (100) та потужних дискових лазерів на основі структур YAG:Yb³⁺/YAG (111).