• assorbimento
• cristallo
• curva di guadagno
• Czochralski
• fluorescenza
• inversione di popolazione
• laser
• livelli energetici
• micro pulling down
• praseodimio
• terre rare
• vita media

Lo sviluppo di sorgenti coerenti è di fondamentale importanza in svariati ambiti scientifici, quali le ricerche di fisica delle interazioni fondamentali e dell'interazione radiazione materia, ed applicativi, quali la metrologia, le telecomunicazioni, la medicina e l'industria.
Negli ultimi anni c'è stato un notevole studio e sviluppo di nuovi materiali per applicazioni laser in grado di generare sia differenti lunghezze d'onda dello spettro elettromagnetico, che potenze sempre maggiori. E inoltre cresciuta l'esigenza di avere dispositivi optoelettronici sempre più compatti e versatili. Per questa ragione nell'ambito di questa tesi sono stati studiati due differenti materiali in cui si utilizza, come elemento attivo, lo stesso ione trivalente di terre rare:
- Pr3+:BYF cristallo di Bario-Yttrio-Fluoro, formula: BaY2F8, drogato con circa l'1% di ioni di praseodimio
- Pr3+:SRA cristallo di Esa-Alluminato di Stronzio, formula: SrAl12O19, drogato con circa l'8% di ioni di praseodimio
Descriverò in breve i metodi con cui sono stati cresciuti i cristalli nel laboratorio del dipartimento di fisica dell'università di Pisa, il metodo Czochralski per il Pr:BYF e il metodo micro-pulling-down per il Pr:SRA.
Illustrerò gli apparati sperimentali allestiti per le misure di spettroscopia.
Le misure effettuate sono gli spettri di assorbimento, gli spettri di fluorescenza e i tempi di vita media dei livelli energetici. Queste misure, fatte a temperatura ambiente e a basse temperature (fino a 10K), forniscono una panoramica completa per lo studio delle proprietà ottiche del materiale.
Per quanto riguarda lo studio del Pr:BYF, sono state fatte misure di assorbimento mediante uno spettrofotometro. La particolare transizione in esame è quella dal livello 3P0 al fondamentale 3H4 dello ione Pr3+, la zero-phonon line di questa transizione è a 480nm. Per osservare la fluorescenza è stato eccitato il livello 3P2 mediante un laser a diodo a 445nm. Sono state calcolate le sezioni d'urto di emissione e di assorbimento per la banda della transizione, inoltre è stata calcolata la sezione d'urto di guadagno per il picco a 486nm, in modo da avere una misura preliminare al montaggio della cavità laser.
Lo studio spettroscopico del cristallo Pr:SRA consiste in misure di assorbimento, fluorescenza e vite medie, ed è incentrato sul confronto con un altro cristallo, dello stesso materiale, ottenuto con il metodo Czochralski nei laboratori dell'Università di Amburgo. Il materiale presenta infatti varie problematiche di crescita con il metodo Czochralski quindi, essendo un materiale promettente per le applicazioni laser, si è cercata una strada diversa per ottenere campioni di elevata qualità ottica. Dal confronto risulta che, come ci si poteva attendere, i due cristalli (Pr:SRA di Pisa e Pr:SRA di Amburgo) hanno le stesse proprietà spettroscopiche. Sono in corso le valutazioni sulle prestazioni laser dei materiali cresciuti con tecniche diverse. Questo dimostra la potenzialità del metodo u-PD che permette di ottenere campioni laser pronti per essere usati e con i tempi rapidi di crescita si dimostra una metodologia a costo contenuto per l'esplorazione di nuovi materiali.