Спектр неодима

Кристаллов кварца, обладает хорошей прозрачностью в широком интервале длин волн. В соответствии с этим он плохо светится при накаливании. Вуду удалось приготовить тонкие столбики кварца, окрашенные ионами некоторых редких земель, например неодима, дающего ясные полосы поглощения при нагревании такого кварца в пламени бунзеновской горелки можно было наблюдать прекрасный полосатый спектр, состоящий из красной, оранжевой и зеленой полос, разделенных темными промежутками. Области максимумов [c.692]

Рис. 16.4. Энергетические спектры рубина, активированного хромом (а) и вольфрамата кальция, активированного неодимом (б)

Рис. 16.5.-Спектр люминесценции стекла, активированного неодимом (полосы в области Л = =0,88 1,06 1,33 мкм)-, Т=27°С

Диаграмма энергетических уровней неодима приведена на рис. 13. Длина волны излучения лазера составляет 1,06 мкм, т. е. излучение происходит в ИК области спектра. Однако такая длина волны относится к части спектра, примыкающей к видимой области, поэтому все оптические элементы в лазерах на стекле являются обычными, используемыми в оптике. [c.27]

Нелинейные кристаллы — удвоители частоты устанавливаются либо на пути излучения по выходе его из резонатора, либо внутри резонатора. В настоящее время осуществлены также устройства, основанные на нелинейных эффектах, позволяющие получить третью и четвертую гармоники основного излучения. Такого рода умножители получили широкое распространение. При их помощи оказывается возможным преобразование инфракрасного лазерного излучения, например к = 1,06 мкм, от лазеров на стекле с неодимом или иттриево-алюминиевом гранате в излучение А- = 0,53 мкм, соответствующее видимой части спектра. [c.77]

Из всего большого класса твердотельных лазеров [48, 35, 43] в современной лазерной локации наиболее широко используются три типа лазеры на рубине, на стекле с неодимом и на гранате, работающие в импульсно-периодическом режиме. Первый тип дает излучение на длине волны Я=0,69 мкм, второй и третий — на %= = 1,06 мкм. Импульсные мощности, реализуемые этими лазерами, доходят до 10 Вт при длительности импульса 10 с и частоте следования импульсов до 10 Гц и выше. Кроме того, важной с практической точки зрения особенностью рассматриваемого класса твердотельных лазеров является то обстоятельство, что высокие выходные мощности позволяют весьма эффективно преобразовывать излучение методами нелинейной оптики во вторую и высшие гармоники 1[48]. Это особенно важно для лазеров, генерирующих излучение в ближней ИК-области спектра (стекло с неодимом, гранат), для которой техническая совместимость приемопередающей пары в ряде конкретных случаев недостаточно высока [24]. [c.158]

Спектр поглощения ионов неодима в стекле состоит из большого числа сравнительно узких полос. Наиболее интенсивные полосой поглош,ения расположены в области 520, 580, 740, 800 и 900 нм. Имеется также интенсивное поглощение в области 350 и 2400 нм. Люминесценция ионов неодима проявляется при возбуждении в любой из полос поглощения, начиная от 900 нм и короче. Она состоит из четырех полос с длинами волн около 0,9 1,06 1,3 и 1,9 мкм (рис. 4.6). Наиболее интенсивная полоса —1060 нм. Длительность люминесценции зависит от состава стекол она сокращается более чем на порядок при переходе от силикатных (10 с) к боратным и фосфатным стеклам. [c.166]

Лазеры с преобразованием частоты. Обеспечивая высокие уровни мощности, лазеры на стекле и иттрий-алюминиевом гранате с неодимом позволяют достаточно эффективно преобразовывать излучение в видимую область спектра (А,=0,53 мкм). Такое преобразование основано на нелинейном взаимодействии излучения с кристаллами [18], в результате которого на выходе кристалла появляется излучение второй гармоники, причем коэффициент преобразования во вторую гармонику обычно оказывается тем выше, чем выше уровень мощности и чем меньше угловая расходимость излучения основной гармоники [18]. [c.170]

Применение интенсивных газоразрядных ламп в технике твердотельных лазеров связано прежде всего с тем, что они обеспечивают высокий уровень мощности накачки. Однако достигается это нагревом плазмы до высоких температур (от 6000 до 20 000 К в зависимости от режима разряда), при которых спектр ее излучения близок к планковскому и весьма далек от оптимального по отношению к расположению полос поглощения неодима с точки зрения малого тепловыделения в активной среде. Это обстоятельство и порождает проблемы, связанные с большим тепловыделением и термооптическими искажениями в активных элементах. [c.119]

Отсечка в спектре накачки областей излучения, соответствующих коротковолновым полосам поглощения ионов неодима с большим стоксовым сдвигом, приводит к заметному уменьшению тепловыделения в элементе КПД лазера при этом уменьшается. Для иллюстрации этого в табл. 16 приводятся значения отношений вкладов в тепло и генерацию излучения накачки, подвергнутого фильтрации, к соответствующим суммарным по полосам поглощения неодима величинам. Приведенные оценки в первом приближении справедливы для всех современных промышленных стекол с массовыми долями концентрации, неодима от 1 до 6 % изменение концентрации (оптической толщины элементов) приводит к небольшому перераспределению вкладов отдельных полос поглощения в энергетику активного элемента. [c.129]

Таким уникальным сочетанием выходных параметров, как у ЛПМ, сегодня не обладает ни один из известных коммерческих лазеров [8-10, 37]. КПД промышленных ЛПМ обычно составляет 0,5-1%, что на порядок больше, чем КПД непрерывного аргонового лазера (Аг+) с близкой по уровню мощностью. Однако ЛПМ в той же мере (на порядок) уступает по КПД мощным инфракрасным СОг-лазерам (Л = 10600 нм), но из-за более коротковолнового излучения его энергия может быть сфокусирована в области, имеющей на два порядка меньшую площадь [38]. Поэтому для ряда применений, например для прецизионной обработки материалов, высокие плотности мощности излучения с использованием ЛПМ достигаются при относительно небольших средних мощностях. Такие теплопроводные металлы, как Си, А1, Аи, Ag, обрабатывать излучением СО2- и других ИК-лазеров практически невозможно (коэффициент отражения превышает 95%). Близкий по спектру, мощности и КПД распространенный твердотельный лазер на основе иттрий-алюминиевого граната с неодимом (YAG Nd) (Л = 1064 нм) и с удвоением частоты (Л = 532 нм) из-за тепловых искажений имеет относительно большие расходимости. [c.6]

В качестве примера рассмотрим спектры поглощения и люминесценции иона неодима (Nd ), введенного как примесь в кристалл иттриево-а.аюмн-ниевого граната (YgAI Oij). [c.191]

В лазерах на стекле в качестве активаторов могут быть использованы и такие редкоземельные элементы, как итербий, гадолиний, гольмий, тербий и др. Однако удельная мощность их излучения значительно меньше, чем у неодима, вследствие чего они не получили такого широкого распространения, как стеклянные лазеры с примесью неодима. Заслуживают внимания лазеры, активированные тербием и гадолинием, так как они излучают в видимой и ультрафиолетовой частях спектра первые имеют излучение, относящееся к желто-зеленой части спектра (>- = 5350н-5500 А), вторые— к ультрафиолетовой % = 3125 А). [c.28]

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]

Следующий крупный успех — прорыв в область пикосекундных масштабов времени (t 10 с) датируется 1966—1968 гг. В эти годы были предложены и реализованы методы синхронизации продольных мод лазеров и созданы первые пикосекундные лазеры на стекле с неодимом, генерировавшие импульсы с длительностями до нескольких пикосекунд (их стали называть сверхкороткими ) и мощностями 10 —10 Вт. В те же годы были предложены и впервые продемонстрированы методы нелинейно-оптического формирования и сжатия пикосекундных импульсов, запущены параметрические генераторы перестраиваемых по частоте пикосекундных импульсов, позволившие перекрыть видимый и инфракрасный диапазоны спектра. Таким образом, была продемонстрирована эффективность использования быстрой электронной нелинейности в пико- и субпикосекундной оптической технике. [c.9]

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]

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]

Исследования показали, что оптимальной концентрацией ионов неодима с точки зрения всего комплекса требований, включая и генерационные, является примерно 1 ат %, чему соответствует объемная концентрация ионов 5 10 см . Поскольку объемная концентрация ионов иттрия остается несравнимо большей (около 1,5-1022 см ), то основные свойства кристалла с неодимом оказываются весьма близкими к свойствам чистого кристалла, за исключением спектральных свойств, где вклад ионов неодима существенен из-за сильного отличия спектров поглощения и люминесценции ионов неодима от таковых для остальных ионов кристалл ла. Основные физико-химические и механические свойства кристалла алюмоиттриевого граната с неодимом приведены в табл. 1.1. [c.11]

Поскольку подавляющее число ионов неодима в обычном состоянии находится на основном уровне " h/2 (точнее, подуровнях Zi—Z4), то поглощение света и переход ионов на уровни накачки происходит практически только с этого уровня. Поэтому путем наблюдения спектров поглощения кристаллов AHiF-Nd легко определить уровни накачки, а по интенсивности поглощения света сечение переходов. Кроме ионов неодима, свет поглощается и самой матрицей алюмоиттриевого граната. Как указывалось в 1.1, матрица прозрачна в диапазоне 240—6000 нм. Поэтому в диапазоне видимого и ближнего инфракрасного излучения, где находятся наиболее сильные линии поглощения и усиления кристаллов АИГ-INSd, полосы поглощения матрицы отсутствуют. Если же в спектре поглощения матрицы появляются полосы, то они обусловлены примесями или дефектами структуры, возникающими в кристалле из-за несовершенства технологии производства. [c.26]

Динамика генерации одномодовых многочастотных лазеров. Лазеры, гене рирующие на одной поперечной моде (обычно нулевой), чаще всего содержат а спектре не одну, а несколько частот резонатора i(продольные моды). Их колю-чество (при отсутствии в резонаторе специальных селекторов частоты) определяется шири/ной линии усиления, ха рактером уширения этой линии и условиями пространственного перекрытия продольных мод в активной среде. В лазе>-рах на гранате с неодимом с непрерывной накачкой количество продольных мод (частот), генерируемых лазерем в нулевой поперечной моде, обычно составляет [3—7]. [c.79]

Для увеличения эффективности использования энергии накачки в кристаллическую решетку граната дополнительно вводятся ионы хрома. Повышение эффективности накачки объясняется тем, что хром в решетке граната имеет две широкие полосы поглощения на длинах волн 0,43 и 0,59 мкм, которые хорошо согласуются со спектром излучения ксеноновых ламп возбужденные ионы хрома передают свою энергию ионам неодима. Однако, так как время такой передачи сравнительно велнко (6 мс), улучшение эффективности накачки наблюдается только в режиме непрерывной генерации к тому же введение хрома увеличивает неоднородность элемента. [c.169]

Рис. 1.2. Спектр поглощения неодимового стекла (концентряция ионов неодима

На область полос поглощения активатора приходится сравнительно небольшая часть спектра излучения ламп накачки суммарный КПД импульсных ламп с удельной мощностью порядка 10 Вт/см для полос поглощения ионов неодима составляет около 10 % (распределение КПД но полосам поглощения характеризуется данными табл. 1) [67]. Преобразование этой части поглощенной активным элементом энергии в тепло в генерирующем лазере определяется в основном стоксовыми потерями (отношением частоты излучения лазера Vh к частоте излз ения накачки Vh). Тепловыделение в активном элементе составляет 3—8 % от энергии накачки. [c.11]

Несмотря на это, в лазере из-за большой ширины линии лазерного перехода возбуждается очень большое число продольных мод, которые независимо усиливаются. Взаимодействие различных мод со стохастическим распределением фаз описывается стохастическим гауссовым процессом. Абсолютное число флук-туационных выбросов равно сначала по порядку величины числу мод резонатора, из которых, однако, лишь небольшое число су-ш,ественно превышает средний уровень интенсивности. Вследствие большего усиления мод, расположенных в центре линии лазерного перехода, спектр излучения в течение линейной фазы сужается, так как боковые моды у края линии перехода усиливаются в недостаточной степени (естественная селекция мод). Во временном представлении это соответствует сглаживанию и расширению флуктуационных выбросов амплитуды. Так, например, стекло с неодимом обладает линией шириной Av2i = [c.229]

ПС. Типовые лазеры на стекле с неодимом излучают импульсы длительностью от 2 до 20 пс при энергии максимального импульса от 1 до 10 мДж и полуширине цуга импульсов от 50 до 200 НС. Сравнение экспериментальных результатов для лазеров на стекле с неодимом с теоретическими результатами расчета длительности импульса, полученными в разд. 7.2, показывает хорошее совпадение лишь в начале цуга импульсов. Длительность импульсов в максимуме цуга существенно превосходит рассчитанную теоретически, а форма импульсов сложна. Интенсивные исследования временной и спектральной структур выходного излучения лазера на стекле с неодимом с синхронизацией мод [7.14—7.18, 7.25—7.30] позволили по существу дать следующее объяснение сложности этой структуры. В начале цуга длительность импульсов составляет от 2 до 5 пс, а полуширина их спектра соответствует обратной величине длительности [7.16, 7.18] (AvbTb 0,5). Измерения методом двухфотонной люминесценции показывают, что отношение пьедестала к пику составляет 1 3, что соответствует случаю хорошей синхронизации мод (см. гл. 3). По этой причине селекция импульсов (см. п. 7.3.3) осуществляется таким образом, чтобы для дальнейшего усиления и применения в последующем эксперименте выбирался импульс из передней части цуга. Спектральная ширина импульсов, соответствующих дальнейшему развитию цуга, сильно нарастает, и четко обнаруживается образование подструктур как в спектре импульсов, так и во временной зависимости интенсивности. Причиной расширения спектра является неоднородное по спектру снятие усиления и автомодуляция фазы излучения, возникающая в результате нелинейного взаимодействия интенсивного излучения со стеклянной матрицей (см. п. 7,2.4). При относительно высоких интенсивностях излучения лазера проявляется изменение показателя преломления стеклянного стержня, зависящее от интенсивности 1ь импульса [c.260]

Рис. 8.3. Зарегистрированный спектр второй гармоники излучения пикосекундного лазера на стекле с неодимом при применении кристалла LilOs толщиной 10,4 мм. (По [8,2].)

Рис. 8.7. Распределение энергии по спектру пикосекундного континуума в D2O. (По [8.20].) (Возбуждение лазером на стекле с неодимом импульсами длительностью 10 ПС. интенсивность 4-10" Вт/см ,) Расходимость континуума составляет около Юмрад.

Первые эксперименты по получению вынужденного комбинационного рассеяния при возбуждении пикосекундными импульсами были выполнены Шапиро и сотр. [8.9], а также Бретом и Вебером [8.10]. Они использовали вторую гармонику излучения лазера на стекле с неодимом в режиме синхронизации мод. Излучение направлялось и фокусировалось в различных жидкостях, таких, как бензол, толуол, сероуглерод и нитробензол, а также жидких смесях. При этом в [8.10] было установлено, что коэффициент преобразования сильно уменьшается в том случае, когда ширина спектра лазерного импульса превышает ширину линии колебательного перехода вынужденного комбинационного рассеяния, что соответствует выполнению условий нестационарного режима. Укорочение стоксова импульса по сравнению с лазерным наблюдалось в более поздних работах несколькими авторами [8.32—8.36]. Вблизи порога на- [c.298]

Среди широкого спектра нелинейных оптических явлений наибольший интерес в приложении к проблеме зондирования вызвал низкопороговый лазерный пробой на твердых включениях дисперсной среды. Указанный эффект является технически реализуемым в реальной атмосфере на расстояниях в сотни метров от излучателей, в качестве которых могут применяться импульсные лазеры, например, на СО2, HF, DF, стекле с неодимом и эксиме-рах, снабженные системой фокусировки пучка. Дистанционный лазерный пробой сопровождается генерацией оптических спектров испускания, электрического и магнитного импульсов, а также широкополосного акустического излучения. Это может служить физической основой бесконтактных методов определения атомного состава и ряда метеорологических параметров пограничного слоя атмосферы по схеме источник — приемник, т. е. без решения математической обратной задачи. [c.194]

В 80-е годы получил распространение термолюминесцентный датчик с волоконно-оптической линией связи, в котором сигнал о температуре чувствительного элемента переносится к регистрируюш ему прибору световым потоком. Например, измеряется длительность послесвечения небольшого активного элемента из стекла с неодимом, возбуждаемого ИК излучением мош,ного светодиода [1.29]. В другом датчике измеряется отношение интенсивностей люминесценции двух участков спектра элемента из оксисульфида европия или лантана при его возбуждении ультрафиолетовым излучением [1.30]. В этих случаях влияние электрических помех полностью исключено, поскольку отсутствует гальваническая связь между чувствительным элементом и реги-стрируюш им прибором. С помош ью таких термометров были получены некоторые важные результаты, касаюш иеся термостабилизации подложек в плазмохимическом реакторе [1.31], теплопереноса на границе [c.14]

Вынужденное излучение представляет собой лавинообразный процесс рождения тождественных фотонов. При этом возможно получение излучения чрезвычайно узкой спектральной ширины, что мы и подчеркивали б (V — Vo). Действительно, так для алюмоитриевого граната, активированного неодимом (ИАГ N(1 ), полуишрина спектра непрерывной генерации достигает 10" нм (50 Гц). Спектр же спонтанного излучения широк (в данном случае примерно 1 нм). Следует подчеркнуть, что полная вероятность перехода квантовой частицы из состояния / в состояние к с излучением фотона равна сумме вероятностей спонтанного и индуцированного излучений. При этом фотоны спонтанного излучения в отличие от фотонов вынужденного излучения не когерентны. Поэтому естественным источником шума, который ограничивает чувствительность квантового усилителя и стабильность генератора, будет спонтанное излучение. [c.28]

Спектр поглощения иона неодима (спектрограмма в матрице СаШ04 представлена на рис. 10.3) состоит из большого числа весьма узких групп линий, обусловленных переходами с подуровней основного состояния /9/2 на систему подуровней возбужденных термов. Наиболее мощная полоса поглощения с максимумом на длине волны 580 нм ( /9/2-> [c.81]

Спектр люминесценции состоит из четырех широких по-лос с длинами 0,9 мкм С/ з/2- 9/2) 1,06 мкм ( / 3/2 1/2) 1,33 мкм ( / 3/2- Лз/2) мкм ( / 3/2- Л5/2)- Наиболсб интенсивная полоса на длине волны 1,06 мкм. Ширина этой полосы порядка 20 нм.Время жизни метастабильного состояния / 3/2 существенно зависит от состава стекла и концентрации ионов неодима, изменяясь в пределах 10 ...10 с. С ростом процентного содержания иона время жизни метастабильного состояния сокращается из-за концентрационного тушения. Суммарный квантовый выход излучения — О, 43, а для полосы 1,06 мкм — 0,26. Причем квантовый выход этой полосы излучения почти не зависит от полосы возбуждения. [c.90]

В ряде лидаров возбуждение спектров КР осуш,ествля-лось лазерами на молекулярном азоте, который излучает на длине волны 337,1 нм. Типичные образцы такого лазера генерируют импульсы длительностью 10 нс с частотой следования до 300 Гц и мош,ностью в одном импульсе порядка 100 КВт. В настоящее время уже созданы азотные лазеры с пиковой мощностью порядка нескольких мегаватт. В последние годы начали часто использовать в лидарах лазеры на второй 532 нм) и четвертой (Я = 266 нм) гармониках излучения лазера на алюмоиттриевом гранате с неодимом. Типичная длительность импульса излучения таких лазеров 10... 25 не, а мощность — несколько мегаватт. [c.222]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...