Экспериментально исследована зависимость спектров в области 200-1700 нм и кинетики интегрального излучения монокристалла YAG:0.5%Er3+ от плотности энергии возбуждения (W) однократными импульсами СО2-лазера с lex = 10.6 мкм и длительностью на полувысоте ~100 нс. Спектры качественно изменяются при превышении порога возникновения лазерной плазмы Wt вблизи поверхности монокристаллов. При W<Wt спектры излучения YAG:0.5%Er3+ представляют собой пики селективного излучения (СИ) мультиплетов ионов Er3+ на пьедестале сплошного спектра. При W> Wt происходит ионизация воздуха у поверхности кристалла и появляются новые пики излучения и дополнительный пьедестал, соответствующие спектрам излучения лазерно-индуцированной воздушной плазмы, интенсивность которых на порядки выше пиков СИ. Форма осциллограмм интегрального излучения в области 600-1700 нм при изменении W на порядок характеризуется длительностью фронтов импульсов излучения τf = 1.0-1.6 мкс и временем затухания τd » 2.5 мкс. Кинетика интенсивности интегрального излучения объяснена расчетами температуры монокристалла и населенности энергетических уровней ионов Er3+ при конверсии тепловой энергии в СИ при нестационарном переносе энергии внутренним излучением и теплопроводностью.
The dependences of single-crystal YAG:0.5 %Er3+ spectra in the range 200-1700 nm and the kinetics of the integrated emission on the excitation energy density W of a single CO2 laser pulse of ~100 ns FWHM duration at lex = 10.6 µm were experimentally investigated. The spectra qualitatively changed when W exceeded the threshold of emergence of the laser plasma Wt near the surface of monocrystals. At W < Wt, the spectra of YAG:0.5% Er3+ were represented by peaks of the selective emission (SE) of Er3+ multiplets on the pedestal of the continuous spectrum. New emission peaks and an additional pedestal corresponding to the emission spectra in a laser-induced air plasma with intensities much higher than the SE peaks appeared due to the air ionization near the crystal surface at W > Wt. The shape of the oscillograms of the integral emission in the range 600-1700 nm was characterized by a front duration of pulses τf = 1.0-1.6 µs and a decay time of 2.5 µs when W changes by one order. The kinetics of the integrated emission intensity was explained by calculations of the single-crystal temperature and the population of Er3+ energy levels in the conversion of thermal energy into the SE during unsteady energy transfer by internal radiation and thermal conductivity.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.