Твердотельные лазеры

Лазеры, используемые в ЛК

Основой ЛК является лазер, создающий направленное монохроматическое излучение большой мощности. В ЛК используются твердотельные, газовые и полупроводниковые лазеры.

Эта группа лазеров объединяет лазеры на кристаллах и стеклах с введенными в них ионами-активаторами, а также на растворах редкоземельных ионов в неорганических и металлоорганических жидкостях. Активная среда таких лазеров представляет собой диэлектрик, поэтому единственно возможным методом накачки является оптическая накачка. Различают когерентную и некогерентную оптические накачки, которые реализуются при использовании излучения соответственно когерентных (лазерных) и некогерентных (газоразрядные лампы, лампы накаливания, пламя) источников.

Лазер на рубине. Лазерная генерация впервые была осуществлена на рубине - окиси алюминия с примесью ионов хрома (Al₂O₃ : Cr³⁺), концентрация которых составляет обычно 0,05%. В спектре поглощения выделяются две относительно широкие линии с максимумами на 0,41 и 0,55 мкм, излучение - на длине волны 0,69 мкм. Лазер на рубине может работать как в импульсном, так и в непрерывном режиме, в том числе и в режиме с модуляцией добротности резонатора, являясь источником мощного лазерного излучения в видимом диапазоне. КПД рубиновых лазеров составляет 0,1-1%.

Лазер на иттрий-алюминиевом гранате с неодимом (Y₃Al₅O₁₂ : Nd³⁺) получил широкое распространение благодоря сравнительно низкому порогу генерации и высокой теплопроводности активного элемента, что позволяет реализовать генерацию при большой частоте повторения импульсов и в непрерывном режиме. Излучение этого лазера соответствует излучению ионов неодима, длина волны составляет 1,06 мкм, а КПД 0,5-1,5%.

Лазер на неодимовом стекле. Большинство стекол, применяемых в качестве активных элементов лазеров, представляет собой неорганические пластичные аморфные материалы на силикатной основе. В последнее время появились несколько перспективных фосфатных стекол. В качестве иона-активатора в них используется тот же трехвалентный ион неодима, что и в иттрий-алюминиевом гранате. Длина волны излучения этого лазера составляет 1,06 мкм, а КПД - до 5%.

Структурные, оптические и технологические особенности стекла обуславливают следующие его преимущества перед кристаллическими элементами: крупносерийность производства из-за дешевизны сырья; малую стоимость готовых элементов; простоту изготовления активных элементов больших размеров и любой формы; высокую оптическую однородность элементов; возможность введения активатора в больших концентрациях.

Основным недостатком стекла является его малая теплопроводность, что препятствует получению высокой частоты повторения импульсов. Важно отметить также, что, варьируя состав стекла (в отличие от кристаллов), можно изменять его термооптические постоянные и изготавливать так называемые атермальные стекла, оптические характеристики которых очень слабо зависят от температуры. Важным положительным свойством неодимового стекла является его высокая лучевая стойкость, позволяющая обеспечить максимальную для твердотельных лазеров импульсную мощность излучения.