Конструирование оптических резонаторов, страница 6

Рубин - это корунд, активированный хромом (Al₂O₃ : Cr⁺³). Показатель его преломления   n    = 1,76. Лазерный переход с длиной волны 0,69 мкм образуется между энергетическими уровнями хрома, реализующими трехуровневую систему [15]. Кривая его относительного спектрального поглощения дана на рис.3.2. Предельная концентрация атомов активатора ограничена механической прочностью рубина и составляет около 0,05% от концентрации атомов матрицы N, т.е. равна 1,6*10¹⁹ см^--3

Размеры АВ рубиновых ОКТ определяются технологическими возможностями выращивания оптически однородных кристаллов. В настоящее время изготавливаются кристаллы диаметром 0,3...1,5 см и

длиной 5...25 см, которые обеспечивают работу лазера в импульсном режиме с энергией до 100 Дж. При этом пороговая энергия накачки в виду использования неэкономичной трехуровневой системы велика и составляет несколько сот джоулей. Это обуславливает в основном импульсный режим работы лазера и необходимость водяного охлаждения АВ. Большая теплопроводность кристалла рубина (она лежит на уровне теплопроводности Al ) позволяет лазеру работать не только в режиме генерации одиночных импульсов с предельной энергией, но и в режиме периодической последовательности импульсов с пониженной энергией вспышки и частотой повторения до 100 Гц.

Другим кристаллическим лазером является лазер на иттриево-
алюминиевом гранате (ИАГ), легированном трехвалентными ионами неодима (Y₃A_l5O₁₂ : Nd⁺³)  с  n = 1,83, лазерные среды,
активированные неодимом, по схеме создания инверсии населенности
относятся к четырехуровневым системам с длиной волны излучения
1,06 мкм. Концентрация неодима в ИАГ может достигать 3% от N,
т.е. примерно 2*10²⁰  см^-3  [15] . Для увеличения ширины полосы
поглощения излучения накачки в гранат вводится хром в количестве
около 1% N.  Кривая относительного спектрального поглощения
для этого случая приведена на рис.3.3. Размеры АВ на ИАГ также
как у рубина ограничены технологическими возможностями и составляют: диаметр 0,3... 1 см, длина - 5...12 см. Теплопроводность
ИАГ хотя и ниже, чем у рубина, но еще достаточно высока. Большая
теплопроводность и экономичность четырехуровневой системы позволяет этому лазеру работать как в импульсном, так и в непрерывном
режиме. Пороговая энергия накачки составляет обычно единицы Дж,
пороговая мощность 250...1500 Вт. Энергия излучения в импульсе
достигает 0,1...0,2 Дж при частоте до 1 кГц, непрерывная мощность излучения - от единиц до 200 Вт. Предельные частоты, на которых могут работать эти лазеры составляют при пониженной энергии импульса 50 кГц. Эта универсальность свойств, а также меньшая, чем у рубина стоимость (ИАГ менее тверд и оптическая обработка

Рис.3,2. Относительное спектральное поглощение рубина [15]

его не столь трудоемка как у рубина), обусловливает широкое распространение ИАГ в современной лазерной технике. В последние годы с создания внутрирезонаторного умножителя гармоник появилась возможность генерировать на ИАГ А =0,53 мкм, что еще более расширило область его применения.

Третьей разновидностью твердотельных лазеров является лазер на, так называемом, неодимовом стекле, где матрицей служит оптическое стекло, а активатором - неодим в количестве 2...5 весовых процентов ( n = 1,55). Длина волны генерации 1,06 мкм. Спектр поглощения неодима в стекле дается на рис.3.4.

Ввиду отработанности технологических процессов получения качественных оптических стекол размеры АВ этих лазеров могут быть весьма велики. Используются АВ с диаметром 1...5 см и длиной от 10 до 100 см. Несмотря на невысокую пороговую энергию накачки, соответствующую четырехуровневой системе, лазеры на неодимовом стекле, работают только в режиме однократных импульсов, что обусловлено низкой теплопроводностью стекла и его невысокой механической