Айхлер Ю., Айхлер Г.-И. Лазеры. Исполнение, управление, применение (2008) (1095903), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Усиление будет несколько ниже, зато насыщение выше. В силу высокого кпд соединение )ч)б: Сг: ГСГГ представляет особый интерес как кристалл для лазеров срелней могцности с накачкой лампой-вспышкой. о,е р l и о,з к о. к 0.2 о х и од 0 10 20 50 Энергия накачки, дж Рис. 96. Энергия лазера на Гчй: ИАГ с диаметром кристалла 6 мм, длиной 50 мм, импульсом накачки 100 мкс, основной модой: а, Ь, с в стандартном режиме с разными системами накачки, а' режим с ячейкой Поккельса в качестве модулятора добротности, лазерный импульс Ю нс Лазеры на )з)г(г ИЛФ (иттрий-литий-фторид) В отличие от лазеров на иттрий-алюминиевом гранате, легированном неодимом ()ч)с): ИАГ), лазер на Хг): 1.1УРд генерирует линию около 1,053 мкм. Речь идет в данном случае о переходе 4Е„з — ь 4(,пз (рис.
9.4). Посредством вращения плоскости ~~~5$ Г 9.Трд р поляризатора в резонаторе может быть установлена линия с интенсивностью 1,047 мкм. Обе эти линии поляризованы ортогонально друг другу. Излучение 1,053 мкм усиливается благодаря фосфатным стеклам с неодимом, поэтому успешно используется подобная комбинация из генератора и усилителя. Лазер на Мб: ИЛФ способен функционировать также при 1,313 мкм и 1,321 мкм. И при этом вновь обнаруживается два направления поляризации, образованных переходами 4Р;„— + 41„, (рис, 9.4).
Эффективное поперечное сечение для вынужденного излучения и усиление у Нб: ИЛФ примерно в два раза меньше, чем у лазера на Хг): ИАГ. Другими отличиями являются небольшое фокусируюшее действие и деполяризация в результате нагревания. Из лазеров с синхронизованными модами и непрерывной накачкой пока только исполнение на Хб: ИЛФ генерирует импульсы длиной около 50 пс — вдвое меньше, чем на Хг): ИАГ. Кристаллы, сохраняющие лоляризацию Серьезным недостатком кристаллов Хб: ИАГ считается сильное, изменяющееся по поперечному сечению двойное лучепреломление, вызываемое нагреванием при оптической накачке.
В результате двойного лучепреломления происходит деполяризация лазерного излучения и понижается качества пучка — особенно у высокомошных лазеров. Избежать этого можно путем использования сохраняющих поляризацию кристаллов, как то: Мб: ЫУР4 или Хг): УА)Оп причем последние ранее широко применялись в России и больше, пожалуй, нигде — вероятно, в силу того, что процесс изготовления кристаллов с высокими оптическими характеристиками значительно дороже, чем производство Хг): ИАГ.
Кроме того, тепловое фокусируюшее действие у них почти в два раза превышает таковое у кристаллов об: ИАГ. Кристаллы Хг): 1.1УГ, в этом отношении более благоприятны, но обходятся несколько дороже и изготовляются преимущественно небольших размеров. Лазерные кристаллы с диодным возбуждением Для создания лазеров с диодной накачкой (см. также п. 8.7) применяют — наряду с Хб: ИАГ и )Чг): ИЛФ вЂ” также Хб; ИВ (иттрий-ванадат). Он базируется на Ъ"ЧО, или тУО, причем последний имеет, например, для длины волны накачки 808 нм почти в 5 раз большее сечение поглощения, чем Хб; ИАГ что позволяет получить кристаллы более короткой длины. В последнее время вместо иттрий-алюминиевого граната, легированного неодимом, нередко применяют алюмоитгриевый гранат, легированный итгербием.
Он демонстрирует генерацию лазерного излучения при 1047 и 1030 нм и может накачиваться лазерными диодами с длиной волны 968, 941 и 936 нм. Это дает кпд излучения выше 90 %, так как, например, фотоны накачки при 968 нм обладают почти такой же длиной волны, что и фотоны лазерного излучения.
При этом вырабатывается совсем небольшое количество тепла, что облегчает создание высокомошных лазеров. Для возбуждения с помошью лампы-вспышки лазер на ЪЪ; ИАГ не годится, поскольку здесь линии поглощения для накачки признаны слишком узкими. 9.3. Л р Исполнение неооимовых лазеров с накачкой пампой-вспышкой Отражатель света накачки Зеркало резонатора Лазерное вещество ис света накачки Рнс.
9.7. Схема оптической накачки твердотельных лазеров с помощью газоразрядной лампы — 5500 А/см' к в к е к Х 0,5 0,4 0,5 0,6 0,7 О,В 0,9 Ко Длина волны, мкм Рнс. 9.а. Излучение ксеноновой лампы-вспышки (0,4 бар) прн разных плотностях тока Возбуждение лазеров на активной среде с неодимом осуществляется путем оптической накачки. Газоразрядная лампа размещается в камере накачки параллельно лазерному стержню. Камера накачки облицована покрытием с высоким коэффициентом отражения, что позволяет свету накачки максимально эффективно проникать в лазерное вещество (рис. 9.7). В целях однородного освещения лазерного стержня часто используются также камеры накачки с диффузно отражающими поверхностями.
Тепло, образовавшееся в кристалле в результате накачки, отводится, как правило, на основе водяного охлаждения. Для импульсных лазеров на 74с(: ИАГ находят применение ксеноновые лампы-вспышки (0,6 — 2 бар), а при импульсном режиме рекомендуются криптоновые лампы высокого давления (от 4 до 6 бар). В схемах двойного эллипса встраиваются иногда сразу две лампы. Спектр источника накачки должен по возможности соответствовать спектру возбуждения согласно рис. 9.5. Правда, при ксеноновых лампах-вспышках это удается с большим трудом (рис.
9.8). Особо точная синхронизация и более высокий коэффициент полезного действия достигаются при накачке с использованием диодных лазеров ОаА)Аз, генерирующих излучение в диапазоне от 805 до 809 нм. ( ИО Г Г т*.ра ° .р 9.3. Лазеры на стекле Вместо кристаллов в качестве активной среды лазера может использоваться стекло — например, силикатное либо фосфатное стекло, легированное неодимом или другими донорными примесями. Некоторые стекла могут быть сильнее легированы, чем кристаллы, и изготовляются более значительных размеров. Это позволяет получить импульсы более высокой энергии и мощности. Частота следования импульсов, правда, меныце, чем у кристаллических лазеров, и непрерывный режим связан с определенными сложностями, так как теплопроводность здесь меньше.
Ширина линий — из-за аморфной структуры стекла — примерно в 50 раз больше, чем у кристаллов, вследствие чего образуются более короткие импульсы, ибо при синхронизации мод ширина импульсов ограничена величиной, обратной ширине линии. Легированные стекла могут вытягиваться в виде тонких волокон, из которых строятся волоконные лазеры с диодной накачкой. Таким способом реализованы, например, лазеры из волокон, легированных неодимом, способные генерировать дифракционно-ограниченное излучение с выходной мощностью до 50 Ватт.
На основе процессов преобразования с повышением частоты в волокнах при накачке диодами ближнего ИК-диапазона могут генерироваться и видимые лазерные линии. Так, легированные тулием фторсодержащие стекловолокна излучают синий лазерный свет, а легированные неодимом — даже ультрафиолетовый.
Лазеры на стекле с неодимом Лазер на стекле с неодимом, подобно лазеру на алюмоиттриевом гранате, легированном неодимом, является четырехуровневой системой. В отличие от кристалла, у стекла окружение ионов ЬЫ" не равномерно и геометрически мало упорядочено, так что имеет место значительное уширение уровней и линий. Лазерный переход, в отличие от ИАГ, начинается от самого нижнего 4Г, -уровня (рис. 9.4). Нижний лазерный уровень в одном из 47, ш-состояний несколько смещен, так что лазерное излучение в случае силикатных стекол тоже бывает при длине волны 1,06 мкм.
Оно мало зависит от вида стекла 1+ 0,01 мкм). Ширина линии относительно велика и достигает примерно 6 10ц Гц. С силикатными стеклами можно усилить излучение )Чд: ИАГ-генераторов. Фосфатные стекла обладают более значительным эффективным поперечным сечением для вынужденного излучения при длине волны 1,054 мкм. По причине большой ширины линий усиление в стекле с неодимом гораздо умереннее, чем в лазере на )Чб: ИАГ. При плотности энергии (1 Дж/см'), запасенной в верхнем лазерном уровне, получается коэффициент усиления = 0,16 см '. Благодаря этому удается аккумулировать достаточно высокую энергию, прежде чем будет достигнут порог генерации лазерного излучения. Посредством лазера на стекле с неодимом при наличии соответствующего усилителя мощность лазерного излучения, равная 27 ТВт, достигается, например, за 90 пикосекунд. Хотя, как уже говорилось, усиление стекла с неодимом уступает таковому в лазере на алюмоитгриевом гранате, все же благодаря простоте изготовления данный материал считается весьма удобным для использования в усилителях с большим а.в.л в * ~Д активным объемом.
Стержни из стекла с неодимом производятся длиной до 2 м и диаметром до 10 см. В усилителях лазеров, используемых в области изучения ядерного синтеза, находят применение окна из стекла с неодимом диаметром более 50 см. Донорные примеси для легирования составляют обычно около 3 весовых % неодима, но возможны и более значительные объемы. Стекло как материал обладает низким коэффициентом теплопроводности (- 0,01 Вт см ~ К '): из-за возникающих в связи с этим проблем с охлаждением стержни из стекла с неодимом не годятся для генерации лазерного излучения с высокой средней мощностью накачки, то есть для работы в непрерывном режиме или в режиме с большой частотой повторения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
