Справочник по конструкционным материалам (Арзамасов Б.Н., Соловьева Т.В. - Справочник по конструкционным материалам), страница 98

квантовый выход люминесценции близок к единице. На этом люминесцирующем уровне, называемом верхним лазерным уровнем, создается инверсная заселенность. Желательно, чтобы нижний лазерный уровень, на который попадает частица в результате вынужденного излучения, имел низкую заселенность, т. е. чтобы он не был основным и опустошался как можно быстрее с помощью безызлучательных переходов. 546 Таблица 7. 77. Основные свойства диэлектрических лазерных кристаллов !14] УА10з гзА1зОм Свойство А1зОз 13 „-РЬпт ао = 0,5176; Ьо = 0,6307; со = 0,7355 163,88 б 0ьг- ЯЗс ио = 0,47628; Ьо = 1,30032 О в — /азу 1О а =1,2008 Пространственпая группа Параметры элементарной ячейки (без ввтнввгора), нм Относительная молекуляривя масса з Плотность 7в тl м без вктнввтоЗоа с ионами Ид з+ с ионами Сг Упругие постоянные, ГПа !01,59 4,55 4,55 3,98 3,92 С~ ~ =496,8; Сзз =498,1; Се=147 4 С1з=!63 6' Сгз =!!0>9; См=-23,5 С„= 333; Си= !!1; См=1!5 220 171-205 Временное сопротивление, МПа Температура, С: плавления - 2040 - 3500 662-677 1850~30 ! 930~20 427-477 характеристическая Тепяопроводность, Вт/(м.

С): беэ активаторе 3+ с нонамн Хд Удельная теплоемкость, Дж/(кг С) 23.!.оси с,25!! оси с !3 11 — 14 580-630 420 547 Лазерный эффект получен в трех средах: твердых телах, жидкостях и газах, включал чистые газы и пары металлов. Соответственно различают твердотельные, жидкостные и газовые лазеры. Отдельную группу составляют полупроводниковые лазеры. Наибольшее практическое использование получили твердотельные лазеры — лазеры на кристаллах и стеклах. Широкое использование твердотельных лазеров объясняется тем, что они обладают наиболее благоприятной совокупностью важнейших параметров — возможностью получения высоких энергетических параметров генерации, способностью работать в разнообразных режимах и надежностью. Из большого числа диэлектрических кристаллов, на которых получен лазерный эффект, практическое применение в коммерческих лазерах нашли кристаллы, наиболее полно удовлетворяющие всем современным требованиям квантовой электроники.

Это активированный неодимом иттрийз+ алюминиевый гранат УзА!зО!з-йд, активированный неодимом алюминат иттрия з+ з+ УзА10з-Хд, а также рубин А!зОз-Сг . В этих кристаллах удачно сочетаются удовлетворительные слектрально-генерационные свойства с такими необходимыми свойствами, как механическая прочность, твердость, значительная теплопроводность и прозрачность в широком спектральном диапазоне. Основные характеристики этих кристаллов приведены в табл.

7.77. Перспективным материалом для использования в твердотельных лазерах являются кристаллы гадолиний-скандий-галлиевого граната с хромом и неодимом, на которых были созданы лазеры, обладающие рекордными параметрами. Окончание табл. 7. 77 Стеклообразиые лазерные материалы принадлежат к классам неорганических оксидных и фторидных стекол. Стекло, как материал для лазеров, имеет ряд преимуществ по сравнению с диэлектрическими кристаллами.

Стекла можно получать в большем объеме при сравнительно низкой стоимости и изготовлять изделия практически любой формы и размеров. Имеется возможность изменять в значительных пределах физико- химические и спектрально-люминесцентные характеристики стекла с целью их оптимизации. К недостаткам относятся низкая теплопроводность, худшие механические свойства (меньшие твердость, модуль упругости, прочность), чем у монокристаллических лазерных материалов. Кроме того, у стекол существенно меньше сечение индуцированного излучения.

Этот фактор оказывается полезным при работе активных элементов в режиме усиления и модулированной добротности, особенно в мощных системах, так как он позволяет получить большую энергию излучения с одного элемента. В качестве лазерных стекол используют силикатные, фосфатные, фторбериллатные, боратные, фторфосфатные, германатные и тому подобные стекла, акгивированные РЗМ и неодимом. Освоены силикатные (ГЛС-1 — ГЛС-14) и фосфатные (ГЛС-21 — ГЛС-24) стекла, актнвированиые неоднмом. К обозначению марки стекла, сваренного в платиновом тигле, добавляют букву П (1 ЛС-1П). Фосфатные стекла по сравнению с силикатными имеют больший коэффициент усиления, более высокое сечение индуцированного излучения, лучшие термооптические свойства; это позволяет использовать фосфатные стекла в мощных системах для усиления сверхкоротких импульсов.

Недостатки фосфатных стекол — высокая стоимость, низкая механическая и химическая стойкость. Заготовки оптического стекла марок ГЛС изготовляют в форме стержней прямоугольного или круглого сечения и в форме прямоугольных пластин. Заготовки в форме стержней имеют диаметр нли наибольшую сторону сечения не более 65 мм и отношение наибольшей стороны сечения к длине не более 1:20. Отношение сторон заготовок пря- моугольного сечения равно 1:3, Максимальный размер заготовок 750 мм, Максимальная масса заготовки стекла марки ГЛС-10, ГЛС-9 и ГЛС-7, ГЛС-8 составляет 1, 3 и 5 кг соответственно; для всех остальных марок она равна 10 кг.

Оптическое стекло марки ГЛС нормируют по показателю поглощения К5е6, длительности затухания люминесценции т, показателю преломления п„двойному лучепре- 543 ломленню, бессвильности, пузырчатости, включениям. По пузырчатости стекло марок ГЛС подразделяют на категории, установленные ГОСТ 3514 — 94. В зависимости от значения показателя поглощения К,обе установлены три категории стекла: 1) Кзевз ~ 0,001, 2) 0,001 < Кзеее ~ 0,002, 3) 0,002 < К,еыз ~ 0,0025.

По химической стойкости к влажной атмосфере силикатные стекла относятся к группе В, а фосфатные — к группе Д (ТОСТ 13917 — 92). Некоторые оптические свойства стекол приведены в табл. 7.7$, а физико-химические — в табл. 7.79. Показатель Длкзельиосп зату- Канпоина Длительносп Показатель преломления ханна лзомиие сцеиции, мкс поглощен ил -1 Кзм, м л,ааз 450/390 0,73 480 190~15 1,534 1,521 ГЛС-1 610/430 470/330 о„7а 0,49 1,523 1,528 ГЛС-2 ГЛС-3 185~15 470~50 1,5! 3 1,5! 8 800/700 790/610 100~15 ! 75~15 1,545 1,550 1,533 1,537 570/490 420/320 -/- 1,5$2 1,582 В числителе приведены номинальное значение, а в знаменателе — минимальное. Таблиз/и 7.

7Р. Физике-химические свейетва иеелнмевых стекал з+ М ~х мЬО, -з м Вт/(м С) Козффи- пу у, т/м, з р 20'С аЬО, С при20-180 С НУО,! Н~/О,!глс, НазОз %(мас,) Е, ГПа НУО,Ь при 50 С 2,0 73,7 0,229 520 1,0 94 1,90 ГЛС-! 0,233 0,239 119 12! ГЛС-2 ГЛС-3 1,90 4,60 2,0 5,5 2,70 2,70 67,$ 67,3 0,270 0,260 ГЛС-5 ГЛС-6 57,3 56,8 0,7 0,6 113 114 0,97 1,96 420 670 2,0 0,49 61,$ 62,0 0,6 0,6 113 108 ГЛС-7 ГЛС-8 3,0 5,0 3,05 5,16 0,36 550 0,8 ГЛС-9 0220 69,3 ГЛС-5 ГЛС-б ГЛС-7 1 ЛС-8 ГЛС-9 ГЛС-!0 ГЛС-!4 ГЛС-21 ГЛС-22 ГЛС-23 17!0-24 280~50 450~50 400~50 210~15 410~50 135~15 260~15 460~50 770~50 510/500 510/380 320/280 320/280 260/220 220/!50 0,75 О,б! 0,37 0,58 0,62 0,55 0,73 0,74 0,60 0,44 510 320 430 510 380 2$0 300 240 !90 1,554 1,560 1,527 1,546 1,536 1,593 1,593 1,593 1,592 1,542 1,547 1,5! б 1,535 1,524 1,582 1,582 Окончание табл, 7.

79 Основные характеристики твердотельных лазеров регламентиромны ГОСТ 19319-82. К полупроводниковым относятся лазеры, в которых используются оптические цереходы с участием свободных носителей тока в кристаллах. По способу накачки полупроводниковые лазеры делятся на инжекционные, с оптической накачкой, с накачкой пучком быстрых электронов и с накачкой пробоем в электрическом поле. Классификация и условные обозначения материалов, используемых в полупроводниковых лазерах, определены ОСТ 11.397.831-83. Наиболее широко в полупроводниковых лазерах применяют арсенид галлия, а наибольшая доля серийного выпуска приходится на инжекционные лазеры на основе лазерных гетероструктур баА!Аз/баАз и1пбаАзР/1пР. Основные характеристики полупроводниковых лазеров определены ГОСТ 17490 — 77.

Для широкого практического применения лазеров и лазерных систем с требуемыми характеристиками и перестраиваемой частотой излучения большое значение имеют материалы, позволяющие управлять лазерным излучением. В качестве материалов для призм в дальней ультрафиолетовой области используют фтористый барий ВаР2, флкюрит СаРз, фтористый литий 1.1Р и др.; в ближней ультра- фиолетовой области чаще всего применяют кристаллический кварц; в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах — различные флинты, рутил Т1О2, титанат стронция ВгТ1Оз, в инфракрасной области (Х > 2...3 мкм) — диэлектрические и полупроводниковые кристаллы 1.!Р, СаР2, ВаР2, Ое, 8! и др.

Длл управления лазерным излучением широко используют кристаллы, обладающие электрооптическим эффектом, т. е. изменением поляризационных констант и соответственно показателей преломления под воздействием электрического поля, и оптическими нелинейными свойствами. Это кристаллы, кристаллическая решетка которых не имеет центра симметрии. Наибольшее распространение для управления лазерным излучением получили кристаплы дигндрофосфата калия КНзРО4 (ОСТ 11.397.831 — 83) и его аналоги: дигидрофосфат аммония ЫНлН2РОл, дидейтерофосфат калил К2РО4, дигидрофосфат руб д КЬН2РО4 и р д дру Кристаллы дигидрофосфата калия выращивают в виде блоков. Изделия из этих кри- сталлов в виде прямоугольных призм, каждый из размеров которых может изменяться от 1 до 150 мм, применяют для изготовления электрооптических затворов и устройств сканирования луча на поперечном и продольном электрооптическом эффекте.

550 7Л1. МатЕРИаЛЬ~ Для ВЫСОКОтЕМПЕРатУРНЫХ ЭЛЙКТРОДОВ РВЗЛИЧНОГО НЭЗНВЧФНИЯ Высокотемпературные электроды в зависимости от назначения подразделяют на две группы: самокалящнеся электроды, в которых осуществляется дуговой (или искровой) газовый разряд, и электроды различных электронных приборов. Условия работы электродов этих двух типов имеют некоторые различия. Самокалящиеся электроды применяют в основном при электродуговой сварке и плавке в среде защитных газов, а также в азот- и углеродсодержащей атмосферах, в плазматронах и в высокоинтенсивных источниках света.