Исследование твердотельного лазера

Лабораторная работа 6

ИССЛЕДОВАНИЕ ТВЕРДОТЕЛЬНОГО ЛАЗЕРА

          Цель работы. Ознакомление с принципом действия и конструкцией мощного твердотельного лазера на иттриево-алюминиевом гранате (ИАГ); исследование характеристик лазера в режиме непрерывной генерации и в импульсном режиме модуляции добротности оптического резонатора.

          Основные положения. Лазеры на иттриево-алюминиевом гранате – наиболее широко используемые твердотельные лазеры. Как все твердотельные лазеры, гранатовые лазеры имеют оптическую накачку. Они состоят из активного элемента (АЭ), лампы оптической накачки (ЛН), отражателя, концентрирующего излучение ЛН на АЭ, оптического резонатора (ОР), блока питания и системы охлаждения. Активный элемент представляет собой монокристаллическую матрицу, легированную активатором. Характерным для всех твердотельных лазеров (включая и лазер на ИАГ), является использование в качестве активаторов ионов химических элементов с незаполненной внутренней оболочкой, к которым относятся в частности элементы переходной группы и группы редкоземельных металлов (неодим, хром, гадолиний, самарий и др.). У таких ионов возбуждаются электроны внутренней незаполненной оболочки, хорошо экранированной от внешних воздействий внешними оболочками. Экранировка увеличивает время жизни возбужденных ионов активатора на верхнем лазерном уровне (ВЛУ), а следовательно, и способность активной среды накапливать значительные энергии возбуждения. В ИАГ-лазере роль матрицы играет кристалл иттриево-алюминиевого граната (Y₃Al₅O₁₂), активатора – трехвалентный ион неодима (Nd⁺³), обеспечивающий генерацию на длине волны 1060 нм. Степень легирования ИАГ – доля ионов неодима, заместивших ионы иттрия, доходит до 1,5%. В целях повышения эффективности оптической накачки кристалл Y₃Al₅O₁₂ дополнительно легируют ионами хрома Cr⁺³, что расширяет полосу поглощения активной среды. Из энергетической диаграммы (рис. 6.1) следует, что ИАГ-АС имеет широкие полосы поглощения квантов оптического излучения накачки.

      W, эВ

             5

                       4F¹

             4

                           4F²

               3

               2                                               Оптическая                                        4F_3/2