2021-07-07
83
3 Оценка энергетических характеристик излучения
Используя значения щ для пяти зеркал с пропусканием Т в диапазоне 2,5%-16%, мы провели оценку внутрирезонаторных потерь. На рисунке 6 представлена зависимость 1/η от 1/Т. Согласно [3] зависимость
(1)
позволяет определить пассивные потери L полный обход резонатора и предельную эффективность лазера 
:
(2)
где 
– длина волны излучения накачки; 
– длина волны излучения генерации; 
– эффективность использования излучения накачки; 
– сечение поглощения с верхнего лазерного уровня; 
– сечение лазерного перехода.
Из представленных на рисунке 6 данных было получено L = 5,2 %. Оценка сверху, основанная на предположении, что все потери определяются только внутренними потерями в кристалле, дает коэффициент поглощения на длине волны генерации, равный 0,045 см-1, что свидетельствует о высоком качестве оптического элемента. Из данных на рисунке 6 было получено, что
= 0,38. Принимая во внимание значения 
и 
, имеем 
= 0,52.|
|
|
Рисунок 6 – Зависимость обратной эффективности 1/η от обратного пропускания выходного зеркала 1/Т
Поскольку в легированных ионами Сг2+ кристаллах А2В6 поглощение с верхнего лазерного уровня иона Сг2+ невелико из-за отсутствия разрешенных оптических переходов, т. е. 
1, можно предположить, что эффективность лазерной генерации ограничивалась эффективностью использования излучения накачки, например из-за наличия угла между направлением пучка накачки и оптической осью резонатора, имевшегося в данной схеме эксперимента, и, следовательно, неполного перекрытия областей накачки и генерации внутри активного элемента.
Для проверки этого предположения была проведена дополнительная серия измерений, в которых рабочие грани кристалла Сг2+: CdSe были ориентированы перпендикулярно оптической оси резонатора, а его накачка осуществлялась вдоль оптической оси резонатора через зеркало З1. В этом случае зеркало З1 имело радиус кривизны 150 мм, длина резонатора была равна 145 мм, расстояние от выходного зеркала до кристалла составляло 5 мм. Пропускание этого зеркала равнялось 85 % на и 3% на . Площадь пятна накачки на входе в кристалл была увеличена до 1 мм2.
В продольной схеме накачки определялись зависимости выходной энергии лазера от поглощенной энергии накачки (рисунок 7) при пропускании Т зеркала З2, равном 35 % или 60 %. При этих значениях Т измеренные дифференциальные эффективности по поглощенной энергии накачки составляли соответственно 42,7 % и 46,4 %, а максимальная выходная энергия лазера достигала 17 мДж.
|
|
|
|
|
Рисунок 7 – Зависимости выходной энергии Сг 2+: CdSe-лазера от поглощенной энергии накачки, полученные при накачке кристалла Сг2+: CdSe вдоль оптической оси резонатора.
При расположении рабочих граней кристалла перпендикулярно оптической оси выходным зеркалом Сг 2+: CdSe- лазера служит интерферометр Фабри-Перо, образованный зеркалом З2 с коэффициентом отражения (1 — Т) и обращенной к этому зеркалу гранью кристалла Сг2+: CdSe с френелевским коэффициентом отражения RF = 18 %. Нетрудно показать, что эффективное пропускание Teff такого составного зеркала определяется выражением
, (3)
из которого следует, что для использованных нами зеркал З2 Teff составляло 15,9 % и 30,6 %; эти значения близки к оптимальной величине пропускания, следующей из данных рисунке 4.
Достигнутое в эксперименте η = 46,4 % соответствует квантовой эффективности лазера 63 %, что хорошо согласуется с реализованной в [2] квантовой эффективностью 61 %.
Из рисунка 2 видно, что на временах, превышающих 200 мкс, импульс генерации Сг2+: CdSe-лазера состоит из редко стоящих пичков. Такой временной ход генерации связан с тем, что средняя мощность накачки на больших временах монотонно снижается, а пороговое условие достигается только в моменты, соответствующие наиболее мощным пичкам излучения накачки. Это обстоятельство, очевидно, снижает эффективность генерации. Она может быть повышена при использовании импульсов накачки с постоянной интенсивностью.
Заключение
В данной работе рассмотрена лазерная генерация на кристалле Сг2+: CdSe, выращенном из паровой фазы с одновременным легированием. При накачке импульсами длительностью 300 мкс достигнутая квантовая эффективность по отношению к поглощенной энергии накачки составила 63%, а выходная энергия - 17 мДж. Оценены внутренние потери в кристалле, коэффициент поглощения на длине волны генерации не превышал 0,045 см-1. В дисперсионном резонаторе с призмой осуществлена плавная перестройка длины волны генерации в спектральном диапазоне 2,26-3,61 мкм.
Список использованных источников
1. Fedorov V.V., Mirov S.B., Gallian A., Badikov V.V., Frolov M.P., Korostelin Yu.V., Kozlovsky V.I., Landman A.I., PodmaFkov Yu.P., Akimov V.A., Voronov A.A. IEEE J. Quantum Electron., 42, 907 (2006).
2. McKay J., Schepte K.L., Catella G.C. Opt. Lett., 24, 1575 (1999).
3. Caird J.A., Pane S.A., Staveг P.R., Ramponi A.J., Chase L.L., Krupke W.F. IEEE J. Quantum Electron., 24, 1077 (1988).
4. DeLoach L.D., Page R.H., Wilke G.D., Payne S.A., Krupke W.F. IEEE J. Quantum Electron., 32, 885 (1996).
5. Page R.H., Schaffer K.I., DeLoach L.D., Wilke G.D., Patel F.D., Tassano J.B., Payne S.A., Krupke W.F., Chen K.-T., Burger A. IEEE J. Quantum Electron., 33, 609 (1997).
6. Adams J.J., Bibeau C., Page R.H., Krol D.M., Furu L.H., Payne S.A. Opt. Lett, 24, 1720 (1999).
7. Воронов А.А., Козловский В.И., Коростелин Ю.В., Ландман А.И., Подмарьков Ю.П., Фролов М.П. - Квантовая электроника, 35, 809 (2005).
8. Акимов В.А., Воронов А.А., Козловский В.И., Коростелин Ю.В., Ландман А.И., Подмарьков Ю.П., Фролов М.П. - Квантовая электроника, 36, 299 (2006).
9. McKay J., Roh W.B., Schepfa K.L. http://www.opticsinfobase.oгg/ abstract.cfm?UR1 =ASSL-1001-WA7
10. Schepfa K.L., Kuck S., Shiozawa L. J. Luminescence, 72-74, 116 (1997).
11. Korostelin Yu.V., Kozlovsky V.I., Nasibov A.S., Shapkin P.V. J. Crystal Growth, 159, 181 (1996).
12. В.А.Акимов, В.И.Козловский, Ю.В.Коростелин, А.И.Ландман, Ю.П.Подмарьков, Я.К.Скасырский, М.П.Фролов - Квантовая электроника, 38, 3 (2008).
