ОсновиыА редкоземельные ионы, на которых получена генерациям стеклах, и длины волн излучения лазеров

Генерация на неодиме получена для силикатных германиевых, фосфатных и боратных стекол. Выбор типа стекла определяется требованиями к лазеру, например, прочностью стеклянной основы, большим временем жизни, высоким выходом люминесценции иона Nd-l-. Лучше всего этим требованиям удовлетворяют щелочные и щелочноземельные силикатные стекла.

Ширина спектра излучения зависит от мощности накачки, кочцентра-ции Nd+ и температуры активной среды. При достаточной мощности накачки ширина спектра достигает 7,5 нм и увеличивается с уменьшением концентрации N<+ и с увеличением температуры. При использовании спектральных селекторов ширину спектра излучения лазера на неодимовом стекле можно сузить до 0,1 нм без изменения мощности генерации. В лазерах с оптическими затворами в случае применения спектральных селекторов ширина спектра сужается до 0,002...0,003 нм (0,02...0,03 А).

Интенсивность излучения лазеров на стеклах ограничивается разрушением активного материала при значительных плотностях генерации. Так, в неодимовом стекле появляются трещины, объясняемые микровключениями платины, обусловливающими локальный нагрев стекла. Кроме того, вследствие неизбежного при оптической накачке нагрева активного материала (в результате чего появляется термическая деформация стержня, ухудшается добротность резонатора и уменьшается интенсивность излучения) накладываются ограничения на подводимую энергию накачки.

При наиболее эффективном отношении длины стержня к диаметру вы-ixoднaя энергия стеклянных лазеров в режиме свободной генерации может достигать 150 Дж за импульс при длительности импульса 0,5...3 мс.

К. п. д. преобразования электрической энергии, подводимой к импульс-.ной лампе накачки, в энергию оптического излучения лазеров на неодимовом стекле и стекле с ионом Yb+ может превышать 5%.

Наибольший интерес представляет работа лазеров на стеклах в нестационарном режиме с использованием оптических затворов, когда можно по--лучить импульсы чрезвычайно высокой интенсивности и малой длительности. В литературе сообщается, что пиковая мощность стеклянных лазеров в р.-жиые модуляции добротности может достигать 2000...3000 МВт при длитель-

Параметры твердотельных лазеров

Марка генератора

Активное вещество

Длина волиы излучения, мкм

Энергия излучения, Дж

Длительность импульса, с

Мощность излучения в импульсе, Вт

ГОР-0,2 ОГМ-20 Раздан-2 ГСИ-1

гос-зом

ГОС-100М

гос-зоом

ГОР-100М ГОР-300 ГОС-1000

ИТ-115 ИТ-118

Раздан-БОБ

Рубин

Стекло с неодимом То же

Рубин

Стекло с неодимом То же Вольфрамат кальция Рубин

0,6943 0,6943 0,6943 1,0600

1,0600 1,0600 1,0600 0,6943 0,6943 1,0600

0,5300 1,0600

0,6943

0,2 0,4 1-2 75

30 250 300 100 300 1000

10-* 2-10-6 5-10-* 7-10-*

1,5-10-8 1-10-3

1,5-10- 5-10-

2000 2-10 (4...6)-103

1,7-10S

5-lb 0,1 (непр. режим)

20...40

ности импульса 20...60 не. Максимальный к. п. д. при этом не превышает 1.5%.

Угловая ширина пучка излучения лазеров на стеклах колеблется в пределах 5... 18 мрад. В этом угле содержится половина всей энергии излучения.

Временной код генерации зависит от используемых активного вещества и резонатора. Для стержней из неодимового стекла, имеющих малую рас-кодимость излучения, характерна регулярная по времени пичковая генерация. Эти стержни генерируют миогомодовые колебания, представляющие собой последовательность случайных пичкон. Для плакированных стержней характерно излучение в виде большого числа видов колебаний, для которых резонатор имеет одинаковую добротность. В резонаторе не устанавливаются дискретные стоячие волны. Угловое расхождение излучения достигает 8°. По сечению пучка не наблюдается множество видов колебаний. Спектр генерации состоит из полосы шириной менее нанометра.

При насыщении поглощения н стекле на длине волны излучения (предельный цикл) неоднородная структура н распределении интенсивности излучения по сечению пучка отсутствует, а спектр излучении имеет форму полос, а не отдельных линий.

Лазеры на неодимовом стекле вследствие высокого коэффициента усиления и большой длины стержня могут работать в режиме усиления спонтанного излучения (без использования выходных зеркал). Получающееся при этом излучение отличается от излучения обычных лазеров. Выходной импульс не имеет пичковой структуры, а его продолжительность определяется длительностью и интенсивностью импульса накачки. Ширина линии излучения на уровне половины максимума равна 3 нм, излучение не поляризовано. Расходимость излучения приближается к дифракционному пределу. Методом усиления спонтанного излучения можно получить импульсы с пиковой мощностью около 1 ГВт и длительностью 70 не. При круглом выходном отверстии диаметром 10 мм расходимость излучения равна 1 мрад.

Параметры твердотельных лазеров отечественного производства приведены в табл. 3.15.

Газовые лазеры. Активной средой является газ, смесь нескольких газов или смесь газа с парами металла. Длины волн излучения газовых лазеров TOiHO известны, так как они обусловлены атомной структурой среды и слабо зависят от внешних условий. Степень когерентности выходного излучения газовых лазеров выше, чем у любых других источников излучения. Длина волны зависит от активной среды и может быть получена в диапазоне 0,2... ...400 мкм.

Различают газовые лазеры, возбуждаемые продольным электрическим разрядом (газоразрядные) и газовые лазеры с другими методами возбуждения (газодинамические лазеры и др.). Активными частицами в газоразрядных лазерах могут быть нейтральные атомы, ионы и молекулы газов.

Лазеры на нейтральных атомах относят к источникам инфракрасного излучения с длинами волн 1 ... 25 мкм. Типичным представителем этих лазеров является гелий-неоновый генератор, в котором используют смесь гелия и неона в соотношении примерно 10:1, при общем давлении в газоразрядной трубке около 130 Па. Возбуждение газовой смеси осуществляют подачей на электроды газоразрядной трубки напряжения частотой около 30 МГц при мощности несколько десятков ватт.

Применяют также питание газоразрядных лазеров постоянным током напряжением 1000...2000 В. В этом случае газоразрядную трубку снабжают подогревным катодом и анодом, а также наружным электродом, на который подают импульсное напряжение 10 кВ для зажигания смеси.

Достоинства гелий-неоновых лазеров - высокая когерентность излучения, малая потребляемая мощность и небольшие габариты; недостатки- малый к. п. д. (0,01...0,1%) и небольшая выходная мощность (<100 мВт). Области применения - измерительная техника и научные исследования.