Lifetimes of laser-induced population density gratings in ruby

Abstract

A spatially periodic distribution of excited electronic states is produced in ruby which is placed into the interference region of two light beams derived from a pulsed laser (wavelength 530 nm). The spatially modulated population density acts like an optical grating and is detected by diffraction of a quasi-cw laser beam (488 nm). The lifetimes of the population density gratings are measured for ruby crystals with 0.05 to 5% Cr-doping and compared with the fluorescence lifetimes of the R-lines (694 nm). For the 0.05% ruby both lifetimes are nearly equal. At higher Cr-concentrations the grating decay is considerably faster than the fluorescent decay. The grating lifetimes are independent of the grating period A = 1 to 100 μm. From this observation an upper limit of the diffusion constant for energy transfer between excited electronic states in ruby is estimated. Eine raumlich periodische Verteilung angeregter Elektronenzustande wird in Rubinkristallen erzeugt, die in den Interferenzbereich zweier Laserstrahlen eines Impulslaser (Wellenlange 530 nm) gebracht werden. Die raumlich modulierte Besetzungsdichte wirkt wie ein optisches Gitter und wird mittels Beugung eines Quasi-CW-Laserstrahls (488 nm) nachgewiesen. Die Lebensdauern der Besetzungsdichte-Gitter werden fur Rubinkristalle mit 0,05 bis 5%Cr-Dotierung gemessen und mit den Fluoreszenz-Lebensdauern der R-Linie (694 nm) verglichen. Fur 0,05%-Rubin sind beide Lebensdauern etwa gleich. Bei hoheren Cr-Konzentrationen ist das Abklingen des Gitters betrachtlich schneller als das Fluoreszenzabklingen. Die Gitterlebensdauern sind unabhangig von der Gitterperiode A = 1 bis 100 μm. Aus dieser Beobachtung wird ein oberer Grenzwert fur die Diffusionskonstante des Energietransfer zwischen angeregten Elektronenzustanden in Rubin abgeschatzt.