Конструирование оптических резонаторов, страница 5

Нанесение отражающих покрытий производится в вакуумной камере групповым способом. Для улучшения адгезии покрытий подложки могут нагреваться до 500 - 550 К, Более прогрессивным является напыление покрытий при температуре подложки порядка 350 - 400 К с последующим высокотемпературным отжигом, скорость подъема и снижения температуры, при котором не должна превышать 50-100 °/ч.

При нанесении слоев из ZnS  и MgF₂ , имеющих низкую температуру испарения, можно использовать метод термического резистивного распыления. Испаряемые материалы помещаются в тигле из тугоплавких металлов - тантала, вольфрама и нагреваются вольфрамовой спиралью, через которую пропускается электрический ток. Пленки из тугоплавких окислов – TiO₂ ,  ZrO₂ , HfO₂  и SiO₂ наносятся при распылении таблетки из соответствующих материалов электронно-лучевым методом. Для обеспечения постоянства скорости распыления и исключения разложения окислов в результате перегрева таблетки устанавливаются в углубления массивного медного блока и нагреваются расфокусированным электронным пучком диаметром около 1 см. При отработанном технологическом процессе и поддержании постоянства температуры распыляемого материала грубый контроль толщины напыляемого слоя возможен по времени. Среднее время напыления одного слоя составляет 20-30 с.

Современный уровень технологии требует объективного контроля, который базируется на измерении пропускания или отражения напыляемой структуры в зависимости от числа слоев (см. рис. 2.3). Контроль ведется по одному из напыляемых зеркал - "свидетелю". Смена распыляемого материала производится по достижении очередного экстремума функции отражения или пропускания. После напыления требуемого числа слоев зеркала контролируются по уровню коэффициентов отражения, поглощения, рассеяния и пропускания излучения.

Металлические отражающие покрытия могут наноситься методом вакуумно-термического распыления алюминия, меди или золота. Лучшие результаты получаются при электролитическом осаждении указанных металлов. Контроль толщины производится по времени осаждеия покрытия.

Все операции по очистке подложек зеркал и выходных окон, нанесению покрытии и контролю параметров оптических моментов производятся в специальных пылезащищенных помещениях с приточной вентиляцией. Необходимым является неукоснительное соблюдение всех требований вакуумной гигиены.

3. Расчет и конструирование твердотельных лазеров.

3.1. Устройство и принцип действия излучателей твердотельных лазеров

Блок-схема современного твердотельного лазера (рис.3.1)  состоит из активного вещества   АВ -1, лампы оптической накачки - 2, отражателя - 3, оптического резонатора, образованного зеркалами 4, блока питания лампы накачки 5 и системы охлаждения 6. Лампу накачки и отражатель принято называть осветителем [15] , АВ,  осветитель и оптический резонатор образуют важнейшую часть лазера - излучатель.

Рассмотрим устройство и работу элементов излучателя.

АВ твердотельного лазера имеет вид цилиндра, реже - параллелепипеда, оно служит для генерации когерентного излучения и представляет собой матрицу, легированную активатором. Матрица -это кристаллический или аморфный диэлектрик,  ослабляющий взаимодействие возбужденных атомов активатора и обеспечивающий большое время их жизни. Активаторы - ионы переходных и редкоземельных

Рис.3.1. Блок-схема твердотельного лазера

элементов с незаполненной предпоследней оболочкой. В пределах этой оболочки и происходит возбуждение активного вещества и генерация когерентного излучения. Электроны внешней оболочки экранируют возбужденный ион от взаимодействия с окружающими атомами, увеличивая тем самым время его жизни. Повышение концентрации активатора увеличивает энергию, которую может запасти АВ,  но с другой стороны при этом падает механическая прочность кристаллов из-за локальных натяжений; ухудшается оптическая прозрачность стекол и, самое главное, падает время жизни возбужденных центров из-за их взаимодействия. Для каждой матрицы имеется экспериментально подобранная степень легирования данным активатором. Наиболее распространенными твердотельными лазерами являются   рубиновые, иттрий-алюминивые и стеклянные лазеры, легированные неодимом.