Лазер иа гранате

Развитие лазерной сварки прошло через два этапа. Вначале развивалась точечная сварка — на основе импульсных твердотельных лазеров на рубине и на стекле с неодимом. С появлением мощных лазеров на Oj и лазеров на гранате с неодимом, дающих непрерывное излучение или последовательность часто повторяющихся импульсов, стала развиваться шовная сварка с глубиной проплавления до нескольких миллиметров (и даже сантиметров). [c.297]

Можно предположить, что аргоновые лазеры и лазеры на основе иттриево-алюминиевого граната найдут широкое применение в технологических процессах средней энергоемкости, а мощные СОз-лазеры займут особое положение. Установки на их основе вытеснят традиционное оборудование для резки, сварки, сверления отверстий, термообработки материалов и изделий в области тяжелого машиностроения. Здесь СО,-лазеры будут вне конкуренции. Простота управления интенсивностью лазерного излучения в сочетании с использованием современных средств программного управления позволит использовать лазерные установки в автоматизированных системах. [c.322]

Операции сверления прецизионных отверстий, перфорации и фрезерования пазов и скрайбирования производятся преимущественно с помощью импульсных лазеров на гранате и СОг-лазеров, работающих в импульсном периодическом режиме. [c.619]

К числу основных модулей относятся задающие генераторы с фиксированной длиной волны, выполненные на основе твердотельных или ионных лазеров. В последнее время особый интерес вызывают высокостабильные лазеры на гранате с неодимом, работающие в режиме активной синхронизации мод или в сдвоенном режиме — синхронизации мод и модуляции добротности. Преобразование частоты задающих генераторов, как правило с уменьшением длительности, осуществляется методами нелинейной оптики (генерация гармоник, параметрическое преобразование частот) или путем накачки перестраиваемых по частоте лазеров (на красителях, центрах окраски, полупроводниковых или ВКР лазеров). [c.240]

С пассивной синхронизацией мод полная энергия цуга генерации до 10 мДж, единичного импульса до 1 мДж при длительности от 20 до 40 ПС. Лазеры на гранате могут работать с частотой повторения в единицы и десятки герц. Существенное улучшение стабильности и [c.242]

Для молекулярной спектроскопии и волоконной оптики большой интерес представляет спектральный диапазон 1,2—1,6 мкм. Повышение эффективности и стабильности красителей, накачиваемых излучением неодимовых лазеров, разработка специальных схем накачки позволили увеличить энергетическую эффективность пикосекундных лазеров до 10 % для красителей с временем жизни возбужденного состояния в единицы пикосекунд. В [18] сообщается о запуске фемтосекундного лазера (т =300 фс), перестраиваемого в диапазоне длин волн 1,25—1,35 мкм. Синхронная накачка производилась импульсами лазера на гранате с неодимом с активной синхронизацией мод, сжатыми в волоконно-оптическом компрессоре до 5 пс. [c.248]

Другой подход к уменьшению длительности импульсов и повышению их спектрального качества основан на применении резонаторных ПГС с синхронной накачкой [42]. В режиме синхронной накачки сигнальный и/или холостой импульс после отражения от зеркал резонатора поступает в нелинейный кристалл одновременно с последующим импульсом накачки. В результате существенно возрастает эффективная длина усиления и, следовательно, уменьшается пороговая интенсивность накачки. Это обстоятельство позволяет использовать в качестве источника накачки не только цуги импульсов второй гармоники лазера на стекле или гранате с пассивной синхронизацией мод, но и системы с двойной модуляцией, работающие с частотой повторения цугов в единицы килогерц, и даже квазинепрерывное излучение лазеров на гранате с активной синхронизацией мод. [c.258]

Со времени своего создания в 1964 г. лазеры на гранате с неодимом прошли более чем 20-летний путь развития и являются одними из наиболее широко применяемых в науке и технике. Популярность этого типа лазеров обусловлена удачным сочетанием механических, физических и спектрально-люминесцентных свойств активной среды, позволяющим реализовать практически все известные режимы генерации с хорошими выходными характеристиками излучения. Конструктивно лазеры на гранате с неодимом компактны и надежны. [c.3]

Исходные уравнения и конечные выражения изложены в максимально простой форме. По основным этапам методик расчета приведены численные примеры для типичных лазерных параметров накачки, потерь резонатора, эффективности накачки и т. п. В последней главе изложен материал по основным типам серийно выпускаемых отечественной промышленностью лазеров на гранате с неодимом, включая описание их конструкции и характеристик излучения. [c.3]

Принцип работы лазера. Инверсная населенность. Рассматриваемый нами лазер на гранате с неодимом работает по так называемой четырехуровневой схеме [3, 8, 18—21]. Ионы неодима, расположенные внутри кристалла граната, имеют систему энергетических уровней, схематически изображенную на рис. В. 1. Первый уровень, называемый основным, соответствует минимально возможному значению энергии, которую могут иметь ионы. Число ионов, имеющих минимальную энергию (находящихся на основном уровне), составляет большинство. Число ионов, находящихся на более высоких уровнях энергии, заметно меньше и оно подчиняется равновесному распределению Больцмана [8, 18—21] [c.5]

Как уже отмечалось, в лазерах на гранате с неодимом нижние рабочие уровни заселены слабо, и поэтому основная доля мощности накачки расходуется не на создание инверсной населенности N >N2), а на преодоление потерь в резонаторе и на полезное выходное излучение. При этом для возникновения генерации достаточно перевести на уровень 3 лишь малую часть ионов, находящихся на основном уровне. Это выгодно отличает этот вид лазеров от лазеров, работающих по трехуровневой схеме. В последних нижним рабочим уровнем является основной уровень, и для создания инверсной населенности N2>Nx) требуется перевести на метастабильный уровень 2 не менее половины ионов с основного уровня, а с учетом потерь в резонаторе и полезного излучения больше половины. Поэтому в трехуровневых лазерах (например, на рубине) мощность накачки расходуется непроизводительно и их К ПД оказывается существенно ниже. [c.8]

Поскольку для лазеров на гранате с неодимом W2 kT, то и и < з=4-10 с . Так, например, для уровня (W 2i = = 2110 см ) имеем при комнатной температуре Шн =0,15 с . Как видно из выражений (1.11), при таких значениях скорости накачки с большей точностью выполняется В гл. 2 бу- [c.32]

Для лазеров на гранате с неодимом (как и для большинства других твердотельных лазеров) балансные уравнения многомодового по продольным модам лазера имеют вид [c.49]

Для различных типов лазеров и рабочих переходов в активной среде это соотношение может меняться в широких пределах. Рассмотрим численный пример для непрерывных лазеров на гранате с неодимом. При этом воспользуемся оценками w py Кп, Lo, /а, полученными в 2.3. Для простоты будем считать, что генерация осуществляется в центре линии усиления, т. е. д(со)=1. [c.60]

Мощные лазеры на гранате находят Бсе новые области применения благодаря своей компактности, высокой эксплуатационной надежности, хорошему качеству лазерного излучения (высокая стабильность и малый диаметр луча при относительно небольшой расходимости) по сравнению с лазерами на молекулах СО2. При дальнейшем повышении уровня мощности до 500—1000 Вт лазеры серии ЛТН-100 смогут широко применяться для сварки и термоупрочнения деталей и инструмента. [c.105]

В настоящее время на основе промышленной элементной базы отечественные предприятия и зарубежные фирмы разработали и серийно выпускают более 150 различных моделей лазерных импульсных излучателей и импульсных лазеров на гранате. [c.107]

Конструкции лазеров на АИГ-Nd с импульсной накачкой и их элементная база. Конструкции импульсных лазеров во многом аналогичны конструкциям лазеров на рубине и стекле, а также конструкциям лазеров на гранате с непрерывной накачкой. Конкретное конструктивное исполнение во многом определяется назначением лазера. [c.109]

Параметры систем О. л. зависят от характеристик осн. используемых узлов лазера, фотоприёмника, сканирующего устройства, модулятора и т. д. Наиб, широко в О. л. применяются лазеры, генерирующие в ИК-области спектра,— полупроводниковые, твердотельные, газовые. Полупроводниковые лазеры обеспечивают как непрерывный режим (до сотен мВт), так и импульсный (до сотен Вт) в ближней ИК-области спектра (X X 0,8—0,9 мкм). Модуляция полупроводниковых лазеров, как правило, осуществляется током накачки. Иа твердотельных лазеров в О. л. используются лазеры на разл. матрицах, активированных ионами неодима, в частности на основе алюмоиттриевого граната (A, = 1,06 мкм). Лазер на гранате, обладающий низким порогом возбуждения и хорошей теплопроводностью, может работать при больших частотах повторения импульсов, а также и в непрерывном режиме излучения при кпд до 3%. Предпочтительны в О. л. лазеры на двуокиси углерода (СО,-лазеры) с X 10,6 мкм, имеющие большой кпд (- 10%), мощность излучения от единиц Вт до кВт в непрерывном и МВт в импульсном режимах, узкую линию излучения (неск. кГц). [c.433]

Источником импульсов являлся синхронно-накачиваемый лазер на FI центрах окраски в кристалле Na l (область перестройки 1,35— 1,75 мкм). Источник работал при температуре 70 К, причем для окрашивания кристалла использовался электронный пучок. Синхронная накачка осуществлялась лазером на гранате с неодимом. По результатам измерений спектра генерации и корреляционной функции интенсивности было установлено, что лазер генерировал импульсы длительностью Ti/2=6 ПС. Значение произведения -А/=0,18 дает основания [c.203]

Соответствующий эксперимент описан в [13]. В этих опытах спектрально-ограниченные импульсы лазера на гранате с неодимом (Х= = 1,319 мкм, Ti/2=100 пс) вводятся в одномодовый световод (точка нулевой дисперсии Я, р=1,59 мкм, длина Li=2 км) и сжимаются в решеточ- [c.205]

Физическая картина развития модуляционной неустойчивости была проанализирована еще в конце 60-х годов, первые прямые наблюдения временной неустойчивости проведены Таи, Хасегавой и То-митой сравнительно недавно [48]. В этих экспериментах использовался лазер на гранате с неодимом, генерировавший спектральноограниченные импульсы длительностью около 100 пс с частотой повторения 100 МГц. Длина волны излучения 1,319 мкм попадала в область аномальной дисперсии групповой скорости (D = 2,4—3,75 пс/(нм-км)) одномодовых волоконных световодов длиной 0,5—2 км. Пиковая мощность импульсов достигала 7 Вт. [c.217]

Для получения цугов импульсов с управляемой частотой следования надо ввести регулярную затравочную модуляцию, что и было сделано авторами [49]. Схема экспериментальной установки изображена на рис. 5.18. Излучение лазера на гранате с неодимом (Х= = 1,319 мкм, Ti/2=100 пс) смешивалось в одномодовом волоконном световоде с близким по частоте излучением полупроводникового лазера с целью формирования начальной модуляции интенсивности. Чтобы повысить пороги возникновения конкурирующих нелинейных процессов (ВКР, ВРМБ), пучки основного и вспомогательного лазеров вво- [c.218]

Дальнейшее улучшение генерационных характеристик лазера на гранате с двойной модуляцией достигается за счет введения электронного управления добротностью резонатора и специального выбора режима работы [8] (рис. 6.5). Предварительное формирование временной структуры излучения производится в условиях низкой добротности резонатора, а затем, при резком увеличении добротности, происходит быстрое развитие цуга генерации. Электронная система обратной связи обеспечивает скачкообразный рост добротности резонатора в промежутке между пичками предварительной генерации. При оптимальном значении длительности свободной генерации 100 мкс формировались цуги спекгрально-ограниченных импульсов с длительностью 35 ПС, пиковой мощностью свыше 1 МВт (при частоте следования 1 кГц) и уровнем флуктуаций энергии не более 5 %. Частоту повторения цугов v можно варьировать в ингервале от единиц до десятков килогерц. Авторы [8] отмечают, что при использовании специальных режимов модуляции добротности частоту можно увеличить до сотен килогерц. [c.245]

Использовались лазеры на красителе и на алюмоиттриевом гранате, активированном неодимом. В обоих случаях схемы резонаторов были модифицированы относительно рассмотренной (рис. 4.5,а,б). Лазер иа красителе возбуждался на длине волны [c.226]

Литература по лазерам на гранате с неодимом достаточно обширна, однако, вся она разбросана по большому числу научных журналов, книг, брошюр, в каждой из которых излагается какой-либо частный вопрос. В настоящей книге сделана попытка обобщить накопленный опыт по лазерам на алюмоиттриевом гранате с неодимом и изложить материал в форме, доступной не только инженерам-разработчикам, но и специалистам, связанным с эксплуатацией лазеров. Кроме того, представлен различного рода справочный материал по самым различным вопросам рассматриваемых лазеров. [c.3]

В объеме настоящей книги дать достаточно подробное описание всех режимов генерации, элементов и конструкции, применения лазеров на гранате с неодимом не представляется возможным. Поэтому авторы выделили для подробного изложения ограниченное число вопросов, входящих в круг наиболее интересных и важных для практики. Сюда прежде всего относится материал по активной среде — кристаллам алюмоиттриевого граната с неодимом (гл. 1). Кроме традиционных вопросов по физико-механическим свойствам и спектрам люминесценции и поглощения кристалла в главе дан материал по динамике населенностей уровней накачки и генерации, рассмотрены термооптические искажения, оказывающие существенное влияние на характеристики излучения. Также подробно рассмотрены методы расчета энергетических и временных характеристик излучения лазеров в основных режимах генерации (гл. 2, 3). [c.3]

Лазер, как генератор светового излучения, должен содержать среду, усиливающую свет, и резонатор, осуществляющий положительную обратную связь между генерируемым светом и усиливающей средой. Роль усиливающей среды в нашем случае играет кристалл алюмоиттриевого граната с неодимом (АИГ-Nd). Этот кристалл по сравнению с другими лазерными активными средами (например, рубин, стекло с неодимом и т. д.) обладает удачным сочетанием физических и спектральных свойств, позволяющих ему успешно работать практически во всех известных режимах генерации (импульсных и непрерывных). Так, например, в непрерывном режиме лазеры на гранате с неодимом позволяют достигать мощности излучения до 1 кВт [13, 14]. В импульсном режиме достигаются мощности излучения до 100—1000 МВт [15, 16]. Основное излучение лазеров на гранате с неодимом находится в ближнем инфракрасном диапазоне спектра. С помощью хорошо разработанных методов нелинейной оптики это излучение эффек-1ИВН0 преобразуется в излучение видимого и ближнего ультрафиолетового диапазонов спектра [17, 18]. Эта возможность существенно расширяет области применения АИГ-лазеров. [c.5]

В основу теоретических расчетов лазера положены уравнения генерации, позволяющие оценить ха]рактеристикн выходного излучения, используя данные о лазере (активной среде, резонаторе, Источнике накачки и т. п.). Относительно простыми и достаточно точными являются полуклассические укороченные уравнения лазера [41, 42]. Для лазеров на гранате с неодимом эти уравнения часто сводятся к балансным , которые описывают большинство закономерностей генерации и позволяют достаточно просто оценивать энергетические характеристики излучения лазеров. [c.47]

Пороговая мощность накачки, поглощаемая в активном элементе, минимальна для самого сильного перехода 1064 нм (13 Вт) и может быть легко достигнута в реальных условиях. Пороговая логлощаемая мощность для перехода 946 нм оказывается весьма большой (770 Вт) и она не только не достижима реально, но и недопустима, так как приводит к разрушению активного элемента вследствие термических напряжений (см. 1.5). Поэтому в непрерывном режиме лазеры на гранате с неодимом могут работать лишь на двух переходах, на которых схема генерации близка к идеальной четырехуровневой 1338 нм, 1064 нм. [c.60]

Продольная картина распространения пучков многомодовых лазеров аналогична картине одномодового, показанной на рис. 3.3. Для одного и того же лазера радиус многомодового пучка в. какол4-либо сечении превосходит радиус одномодового пучка Wo( в том же сечении. Это качественное соотношение может быть оценено количественно с помощью простого соотношения, справедливого для наиболее распространенных в лазерах на гранате с не- одимом мод с прямоугольной симметрией [c.72]

Кроме распределения интенсивности поперечной моды многомодовые лазеры характеризуются распределением поляризации излучения. Для одномодовых пучков поляризация, как правило, одинакова во всем сечении и применительно к лазерам на гранате с неодимом близка, к линейной. Для многомодовых лазеров поляризация пучка, если не принято специальных мер, обычно неоднородна и различна в разных частях пучка. Специальными мерами, обеспечивающими однородность поляризации 1пучка (близость к линейной), являются либо помещение внутрь резонатора различного рода поляризаторов, либо (построение резонатора специальной конфигурации, в которой созданы условия для генерации только одного типа поляризации. [c.73]

Отсюда легко найти, что в диапазоне превышений лорога генерации (10 —10 ) (а—1) (10 —10 ) выполняется искомое неравенство б<йо. Следовательно, с огромным запасом для всех реальных лазеров на гранате с неодимом изменение мощности излучения и инверсии населенности активной среды от флуктуации параметров имеет вид затухающих гармонических колебаний [c.75]

График этих колебаний для мощности излучения Pwx w изображен на рис. 3.4. Колебания инверсии населенности активной среды имеют аналогичный вид, с той лишь разницей, что они oinepe-жают по фазе на 90° колебания мощности излучения (3.10) и имеют другую относительную амплитуду за счет множителя Qoxp. Таким образом, стационарная генерация лазеров на гранате с неодимом устойчива к флуктуациям параметров. Возникающие откло-ления энергетических характеристик приводят к гармоническим, всегда затухающим переходным колебаниям на частоте йо с временем затухания б = 2Г]/а (3.7). Эти колебания принято называть релаксационными колебаниями лазера, а частоту Qo частотой релаксационных колебаний. [c.75]

Наличие у лазеров на гранате с неодимом релаксационных гармонических колебаний мощности излучения приводит к тому, чта в амплитудно-частотной характеристике лазеров (АЧХ) (появляются резонансы. В данном случае (под АЧХ понимают зависимость амплитуды колебаний мощности излучения лазера, вызываемых гармонической модуляцией его параметров, от частоты модуляци (например, модуляции мощности накачки или потерь резонатора). Используя приближение малой глубины модуляции и малых колебаний мощности излучения, легко получить выражения для АЧХ лазера. Предположим, что модулируются потери излучения в резонаторе. Для удобства введем новое обоз начение 7р=Тр = /Сп , которое обычно называют обратным временем затухания поля в ре-зонаторе [c.76]

Для анализа динамики генерации многочастотного лйзера могут быть использованы нормированные балансные уравнения (2.8), позволяющие выявить практически все основные закономерности энергетических параметров лазера. Применительно к лазерам на гранате с неодимом многочастотная одномодовая генерация была исследована в работах [41, 42, 55, 58]. Достаточно подробный анализ удается провести лишь для малых (линейных) колебаний двухчастотного лазера и получить выражения для АЧХ такого лазера и относительных пороговых мощностей на кач1ки для каждой из двух мод [58]. Общие закономерности поведения многочастотного лазера в некоторых случаях удается аналитически проследить для случая большого числа продольных мод. [c.79]

В простейшем случае (одинаковая мощность всех мод и синфазная модуляция потерь) в каждой из мод имеются лишь два резонанса основной Qo и (k—1) —кратно вырожденный резонанс на более низкой частоте около Qo/2, где k — полное число продольных мод. В суммарном излучении всех мод остается лишь один высокочастотный резонанс, низкочастотный отсутствует. Этот факт является следствием эффективной противофазности колебаний мощности излучения в модах на низкочастотном резонансе. Складываясь, эти колебания компенсируют друг друга. Такие скомпенсированные колебания мод в низкочастотных резонансах наблюдаются практически во всех случаях модуляции параметров лазеров на гранате с неодимом. Поэтому многомодовые лазеры в суммарном излучении ведут себя практически так же, (как и одномодовые. Наблюдающееся некоторое отличие заключается только в том, что за счет неравенства мощностей излучения различных мод низкочастотные резонансы компенсируются не полностью и проявляются в суммарном излучении, нарушая регулярность пульсаций мощности. Наряду с компенсацией низкочастотных резонансов, при противофазной модуляции потерь в модах наблюдается также компенсация и высокочастотного резонанса, т. е. в суммарном излучении могут пропасть все резонансы. Все эти закономерности в АЧХ. многомодовых лазеров, полученные при теоретическом анализе уравнений генерации лазера, наблюдаются на практике в ваде пульсаций выходного излучения. На рис. 3.8 и 3.9 приведены картины характерных АЧХ многомодовых непрерывных лазеров на гранате с неодимом, полученные расчетным путем и Э1КСпер Иментально. [c.81]

Важным фактором механических возмущений может быть /поток жидкости, протекающий внутри осветителя вокруг активного элемента и лампы на1качки. Из-за относительного малого К ПД лазеров на гранате с неодимом практически вся электрическая мощность накач ки выделяется внутри осветителя в виде тепловой энергии, которая может составлять от сотен ватт до нескольких киловатт. Поэтому для поддержания нормальной температуры активного элемента, поверхности лампы накачки и осветителя приходится прокачивать охлаждающую жидкость (обычно дистиллированную воду) через осветитель с достаточно большой скоростью (от единиц до нескольких десятков литров в минуту). При таких скоростях Прокачки трудно обеспечить строгую ламинарность потока жидкости и внутри осветителя неизбежно возникают турбулентные завихрения, тем более профиль каналов для жидкости обычно по длине неоднороден. Возникающие турбулентные завихрения вызывают механичеакне вибрации как активного элемента, так и всей конструкции излучателя. [c.90]

В предыдущих главах были рассмотрены 1принцип действия и физика генерации лазеров с непрерывной и импульсной накачкой. Для Практического использования лазеров необходимо представление о конкретных характеристиках выходного излучения, а также о конструкции лазеров и их составных частей. В настоящей главе рассмотрены оптические схемы, узлы и элементы конструкции, а также подробные характеристики излучения отечественных серийных лазеров на гранате с неодимом. [c.93]

Для формирования луча лазеров на гранате используется традиционная стеклянная или кварцевая аптика, что также благо при-ятствует их внедрению в производственную практику. В интересах разработчиков лазерного оборудования и потребителей лазеров создана и серийно выпускается фокусирующая оптическая система СОК-1, в состав которой входят 2- и 4-кратные телескопы и сменные объективы с f = 50 и 100 мм. [c.105]

Им пульсный режим накачки является традиционным для твердотельных лазеров. Лазеры на гранате характеризуются высокими частотами шовторения (25—300 Гц), что отличает их от лазеров на рубине и стекле, нашедших в настоящее время широкое пра ктиче-С Кое применение. Поэтому лазеры на гранате с импульсной накач- кой хорошо дополняют области применения лазеров на рубине и стекле, как правило, работающих с частотой повторения импульсов до 10 Гц. [c.107]

Импульсные лазеры на гранате нашли широкое применение в лазерной технологии и медицине, в системах связи, подводного видения, зондирования атмосферы, подсвета цели, в дальнометрии и в лазерной спектрометрии. Это далеко не полный перечень о блас-. тей применения, и он постоянно расширяется. Следует отметить, что в перечисленных областях применения используется излучение как на дискретных длинах волн Х=1064 53 2 266 нм, та к и с плавной перестройкой длины волны в диапазоне 532—800 нм. В последнем случае применяют перестраиваемые лазеры на растворах органических соединений и параметрические лазеры, для накачки которых используют им пульсные лазеры т гранате с длиной волны измерения - i = 532 нм. [c.107]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...