Айхлер Ю., Айхлер Г.-И. Лазеры. Исполнение, управление, применение (2008) (1095903), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Накачка самого популярного из твердотельных исполнений — лазера на алюмоиттриевом гранате, легированном неодимом (Хд: НАГ), происходит, например, в непрерывном режиме с помощью дуговых газоразрядных ламп с криптоновым наполнением, а в импульсном режиме — посредством ксеноновых ламп-вспышек. Лазеры на красителях чаше всего имеют оптическую накачку с помощью ионных лазеров на инертном газе либо лазеров на эксимере.
Инжекционные полупроводниковые лазеры, именуемые часто просто полупроводниковыми или диодными лазерами, образуют особый класс твердотельных лазеров. Здесь имеет место прямое электрическое возбуждение, то есть преобразование электрической энергии в свет без газового разряда. Благодаря такому непосредственному преобразованию указанные системы обладают весьма высоким коэффициентом полезного действия. Они, кроме прочего, относительно просты в исполнении и отличаются компактной конструкцией.
Недостатком коммерческих диодных лазеров — по сравнению с газовыми и твердотельными устройствами — является большая расходнмость пучка и значительная спектральная ширина выводимого излучения, а также ограниченный пока спектр светового излучения — желтый, красный до инфракрасного.
Между тем, в Японии уже были успешно опробованы диодные лазеры зеленой, синей и ультрафиолетовой областей спектра. Вся видимая и ультрафиолетовая области спектра не могут покрываться инжекционными полупроводниковыми лазерами. Если же эти свойства не столь важны для конкретного применения, то полупроводниковые лазеры — благодаря своей компактности и высокому кпд — обычно предпочитаются всем прочим типам. 3.2. Перестраиваемые лазеры Все лазеры могут перестраиваться по частоте в пределах определенного диапазона ог'. Путем дифференцирования уравнения~= с/Х получаем: зл п.р р„„„„,~ л) (3.3) Х где ЬХ есть перестраиваемый диапазон длин волн, а7 и Х показывают среднюю частоту и, соответственно, среднюю длину волны.
У классического гелий-неонового лазера ширина полосы частот составляет около ЛГ= 1О' Гц при центральной частоте порядками'= 5 1Он Гц. Относительный диапазон перестройки достигает, таким образом, ЛЯ'= 2 1О-', Вообще, о перестраиваемом лазере в узком смысле можно говорить лишь в том случае, когда Л~/~ показывает значительно более широкий диапазон; ь|Ц~а.~)1= 10-'до 10-'.
Подобные перестраиваемые лазеры представлены на рис.3.1. Разные системы более подробно описываются затем в следующих разделах. Из существующих на настоящее время перестраиваемых лазерных систем самыми распространенными считаются лазеры на красителях. На основе разных красящих растворов может генерироваться ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучение с длиной волны от 0,3 до 1,5 мкм. Диапазон перестройки находится на уровне примерно Л~Д'= 5... 15 % Лазеры на красителях могут иметь оптическую накачку с использованием лампы-вспышки. Однако излучение более высокого качества достигается при возбуждении с помощью твердотельных или газовых лазеров, так что в результате получаются устройства комбинированного типа. Подобным образом конструируются и лазеры на центрах окраски, рекомендуемые, прежде всего, для ближнего ИК-диапазона до 3 мкм. В качестве лазерной среды здесь находит применение поваренная соль и прочие кристаллы щелочных галогенидов с разными примесными центрами.
Поскольку некоторые красители и центры окраски порой не очень устойчивы в качестве лазерных веществ, разрабатываются твердотельные лазеры с использованием оксидных и фторидных кристаллов, легированных ионами разных металлов. Самым известным из таких лазеров является титан-сапфировый (Т1: А!,0,), обладающий широким диапазоном перестройки от 700 до 1050 нм и более высоким коэффициентом полезного действия, чем лазер на красителе. В ближнем ИК-диапазоне выше 700 нм подобные твердотельные лазеры практически вытеснили лазеры на красителях и лазеры на центрах окраски.
Следует, однако, отметить, что до сих пор не существует лазера такого типа для видимой области спектра. В качестве перестраиваемых источников для ультрафиолетовой области спектра предлагаются лазеры на эксимере, обладающие, впрочем, весьма малыми относительными диапазонами перестройки — всего до 1 % Для получения более широких диапазонов предлагается обратиться к длинноволновым перестраиваемым лазерам, допускающим удвоение частоты. Существуют и другие способы эффективного преобразования частоты. Для среднего и дальнего И К-диапазонов рекомендуются молекулярные лазеры, многочисленные линии которых позволяют осуществлять перестройку в прерывистом режиме — от линии к линии.
При высоких давлениях имеет место сильное уширение линий, так что они накладываются друг на друга, что в итоге обеспечивает непрерывную перестройку. тьйл дй ЗД. Длины волн А„дОСтижимыЕ выХОдНЫЕ СВО-МОН(НОСтн Р, энерГИЯ импульсов В'и длительность импульсов т наиболее популярных лазеров Название лазера Среда л (мкм) Р(ватт) Иг(джоулей) ф Сюе е лазер 20 не О,!9 0,4 Лаэ рнаэк имере 10 нс 0,25 (гаэовый рээрял) (элеюронный луе 0,3 1 мкс 20 не 0,308 Хесд 0,34 0,01 1 нс Аэотный лаэер Не-Сд-ламр Сд 0,05 Ионный лавер на инертном газе Кг !О 20 Си 0,002 20 не 0,05 2,5.4 1О 000 1 мкс (мкс 5 ..7 СО 20 0,04 9 Н СО 15 000 10 000 Юне Молекулярны" лазер с оптической накачкой 28; 78; 118 40 .
1200 33$;337 10е Нэо ЭО мкс 100 мкс 30 мкс 0,01 СН,ОН 0,1 0,001 НСМ О,ДМ 400 !О пс 10 мк 50 6 фа 1,06 1 пс отекло 0,21, 0.27; 0,36; 0,53 (с умнонением частоты) Мд ИАГ 1,06 НЮО 10 пс 1,05 ... 1,32 (7 линий с перестраиваюшими элементами) 2,06 Но' УЬР Ег: УАС 0,1 100 мкс 100 мкс 2,94 КС!илр. 1...3,3 0,4.. 0,8 0.$ Ллмр«не кр меля* 25 0,05 ..
12 (с преобразованием частоты) Ла улроееднексене ляжем! о «е рн Н р а- «юыа р 0,38 Селеннл-цинковый ламр Хазе 0,42.. 0,5 СаА)Аэ 0,7 0,9 !О 5 пс АР ения-галлиевый лазер )псаАэр 0,63 .. 2 РЬС45 3. 4 Лавер на сали свинца 0,001 4..8 РЬ55е РЬ5пТе 7...30 Ламр нв паРэ» мели Гелий-н«опалый лавер Нр.ламр СО-ламр Ссрлаюр Гяд н р Рубиновый лазер Лазер на алексамлрите Тлт н-с пфлровый лэыр Внбр таерлст, лазер Стеклянный лазер Лавер на ююмонтгриевом гранате с Мд Голамиевмй лазер Эрбневнй лазер Лазер на централ окраски 0,32 .
0,44 О,ЭЭ 1,09 0,35 . 0,53 0,51, 0,58 0,63, 1.!5, Э,Э9 Сг А),О, 0,69 Стает,О, 0,7 0,8 71. А),О, 0,7 1,0 08.. 25 Длина волны 1мкм) Ага кгз й х о й х х й, Хез АгР 0,2 КгР ба !п Ы Хер О,А 561Ьеп Сигпапп Еп 55е Сб5е 5 и о й. х х О,б Йьобапип с Оа А! Ав СС А Охав!п оотс Н1ОС 1В !Ао Сг Ве А1зсо ) 0,8 т А1,Оз й. и н х х о й. 1,О Нар Нас! ~ кс! ~ х х о х й. о и й. $ и х е Н Мор,З Со:Мц Р, й. и и х о х о й. н С г,о 1поп АаР кс! На] КС! Ь ~-~ ВЬС! 1. ] з,о ОР ! А,О 1п Аа 5Ь 1 со ! ! ! й. о 3 х й, х о х Й 8,О РЬ55е 8,О 1О,О Сб Нд Те го,о зо,о 4 о х 1 х х й.
1 ! 1 1 1 1 ! 1 1 ! 1 Рие. 3.1. Непрерывно переетраиваемые лазеры з.2. л.г- р „г, ф ~~~74 Глава 3. Типы лазеров Полупроводниковые лазеры могут перестраиваться путем изменения тока возбуждения либо варьирования температуры, причем достигается перестройка в диапазоне от 0,1 до 1 % Посредством лазерных диодов из разных материалов или систем с примесными кристаллами удается покрыть диапазон от 0,38 до 30 мкм. 3.3. Лазеры, стабильные по частоте Лазеры фиксированной частоты могут изменяться по частоте на основе нелинейно-оптических методов. Удвоение и умножение частоты достигается, например, с помощью подходящих нелинейных кристаллов.
Пользуясь параметрическим генератором, удается получить непрерывную перестройку частоты, как это подробно описывается в п.!9.4. Для применения, например, в интерферометрической измерительной технике и голографии требуются лазеры с особенно длинными волнами и достаточно стабильной частотой. Тема теоретически достижимой стабильности частоты обсуждается в главе 20. В принципе, любой лазер может быть в той или иной степени стабилизирован по частоте его излучения.
Так, часто используются гелий-неоновые и ионные аргоновые лазеры с регулируемым расстоянием между зеркалами, чем обеспечивается постоянная частота излучения, Способы стабилизации значительно усовершенствовались за последние годы и позволяют даже осуществлять привязку частоты лазеров к цезиевым атомным часам ('"Сз). Эти часы обладают относительной погрешностью на уровне всего фД'=+10 '4, так что частота соответствующим образом стабилизированного лазера может указываться с такой же малой точностью. Так как скорость света с 1983 года «установлена» как с= 299792458 м/с, длина волны тоже определяется в лучшем случае с погрешностью всего +1О-'4.
Это касается абсолютных величин частоты и длины волны. Частота лазера может стабилизироваться с еше более высокой точностью, но тогда невозможно будет сказать, какова ее абсолютная величина. В этом относительном смысле достижима стабильность частоты 10 ~' и даже лучше. Лазер красной области спектра с длиной волны б00 нм и частотой 5 10н удается стабилизировать до уровня ниже 0,5 Гц. Для большинства областей применения обычно не требуется столь высокой стабилизации частоты, связанной, между прочим, со значительными техническими затратами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
