Матрицы активных сред лазеров

МАТРИЦЫ АКТИВНЫХ СРЕД ЛАЗЕРОВ [c.74]

Основные проблемы, которые необходимо решить для того, чтобы Nd-лазер стал реальным кандидатом на роль реакторного драйвера, состоят в повышении КПД и обеспечении частотного режима работы лазера. Решение обеих проблем лежит на пути совершенствования способа накачки активной среды лазера, а именно, при переходе от ламповой накачки к диодной накачке, когда инверсная заселенность рабочих уровней лазера создается за счет накачки излучением светодиодов. Использование светодиодов может обеспечить не только КПД Nd-лазера на уровне 10% (их собственный КПД достигает 50%) и необходимую частоту повторения импульсов, но и необходимый ресурс работы системы накачки. В настоящее время исследования в области диодной накачки активно ведутся в США, Японии и Франции. Экспериментально продемонстрирована успешная работа Nd-лазера с энергией 1СЮ Дж в режиме частоты повторения, равной 1 Гц, с КПД близким к 1 %. Физическая сторона решения проблемы понятна и в достаточной мере обоснована. Другая сторона проблемы состоит в том, что при современном уровне технологии светодиодные матрицы являются чрезвычайно дорогими [3, 4. [c.25]

Рассмотрим принцип действия лазера (рис. 31). Активная среда 2 лазера, представляющая собой монокристалл (матрицу) с введенными в нее активными ионами (активатором), помещена между двумя зеркалами 1 и 4, из которых одно способно полностью отражать падающее на него излучение, а другое отражает лишь 95 % (остальное излучение оно способно пропустить). В качестве системы возбуждения (накачки) используется мощная лампа 3. Кристалл и лампа накачки заключены в цилиндрический отражатель, позволяющий полнее использовать излучение лампы. [c.61]

Итак, мы вплотную подошли к понятию активной среды для твердотельного лазера, состоящего, как уже отмечалось, из матрицы и введенного в нее активатора. Свойства активатора (активного иона) в значительной степени определяются свойствами матрицы, а ее параметры выбирают в зависимости от параметров активатора. [c.65]

Условия работы активного материала лазера также накладывают определенные требования на свойства матрицы. В первую очередь она должна обладать высокой теплопроводностью. Твердотельные лазеры на диэлектрических монокристаллах имеют весьма небольшой кпд (порядка 1—5 %) и, следовательно, весьма значительная часть энергии накачки идет на нагрев активной среды.. Если активная среда не может эффективно рассеять эту энергию, то неизбежен выход из строя всей системы. Наиболее приемлемыми свойствами в этом отношении обладают монокристаллы сапфира (рубина) и именно этим фактом объясняется их использование, несмотря на трехуровневую схему генерации. [c.67]

Твердые диэлектрики для оптических квантовых генераторов (лазеров) являются активной средой, представляющей собой кристаллическую или стеклообразную матрицу, в которой равномерно распределены активные ионы (активаторы). Все процессы поглощения и излучения света связаны с переходами электронов между уровнями активного иона, при этом матрица играет пассивную роль. Спектр излучения лазера в основном зависит от типа активного иона. Как вещество кристаллической или стеклообразной основы, так и активаторы должны удовлетворять целому ряду специфических требований. Свойства некоторых лазерных материалов приведены в в табл. 6.7, [c.247]

Активная среда твердотельного лазера содержит активные ионы примеси в твердотельной матрице. Именно в ионах примесей и создается инверсная заселенность. В качестве примесных ионов обычно используют ионы переходных металлов (марганец, хром, никель и кобальт) или редкоземельных элементов. Эти вещества имеют незаполненные внутренние оболочки при наличии электронов на внешней. Электроны на внешней оболочке частично экранируют электрическое поле соседних ионов кристаллической решетки, приводящее к сильному уширению испускаемых активным ионом спектральных линий, что, в свою очередь, приводит к росту коэффициента усиления и облегчает получение инверсной заселенности. [c.168]

Активная среда, как правило, описывается с помощью аппарата квантовой теории, т. е. с помощью уравнения Шредингера или уравнения для матрицы плотности, поскольку классическая теория вещества во многих случаях недостаточна. Действительно, квантовый аспект теории начинается уже с самого представления об энергетических уровнях и дискретных значениях энергий, которыми обладают активные центры. Если излучение описывается классическими методами, а активная среда квантовыми, то соответствующая теория процессов в лазерах называется полу-классической если и вещество и излучение описываются квантовыми методами — квантовой теорией лазеров. [c.17]

Наряду с кристаллами в лазерах широко используются стеклянные активные среды с примесью различных редкоземельных элементов. Преимущество стекол заключается в простоте изготовления образцов больших размеров и практически любой формы, в том числе и в виде волокон. Изготовление больших рабочих элементов (/ = 100 см и а 50 мм) позволяет получать большие выходные энергии (около 10 кДж). Кроме того, они обладают высокой оптической однородностью, благодаря чему получен к.п.д. приблизительно 6 %, что значительно выше, чем в кристаллических матрицах. В то же время сравнительно низкая теплопроводность стекол ограничивает их применение в генераторах с большой частотой повторения импульсов. [c.89]

Обратная картина реализуется в случае лазеров на газах низкого давления, например Не—Ые-лазере. В этом случае обратная ширина полосы люминесценции отдельного атома близка к времени жизни фотонов в резонаторе. При этом следует использовать полную систему уравнений для матрицы плотности. Однако большинство таких лазеров работает в стационарных режимах генерации, когда автоматически выполняется условие слежения поляризации активной среды за полем. Переходные же режимы в таких лазерах кратковременны и не представляют интереса. Использование кинетических уравнений для стационарного режима в такого рода лазерах оправдано, если не интересоваться тонкими эффектами взаимодействия мод, вышедших в генерацию. Поэтому в дальнейшем остановимся на динамических процессах, протекающих лишь в твердотельных лазерах, поскольку, с одной стороны, эти процессы определяют основные характеристики такого рода лазеров, а с другой стороны, именно нестационарные режимы генерации этих лазеров позволяют получать рекордные по мощности и длительности оптические импульсы. [c.150]

Уравнения для описания энергетических процессов в лазере. Для рассмотрения большого числа вопросов теории твердотельных лазеров используются полуклассические уравнения, в которых поле описывается в рамках уравнений Максвелла (классически), а активная среда — квантово-механически на основе формализма матрицы плотности. Будем считать, что все активные центры в среде лазера ориентированы одинаково, поля всех мод линейно поляризованы, а спектральное уширение активной среды — однородное (неоднородность мы учтем позднее). Представим поле (г, /) в виде разложения в ряд по модам резонатора, вводя медленно изменяюш,иеся амплитуды и фазы. мод. В комплексном виде это разложение имеет вид [c.90]

Рассмотрим свойства основных примесных ионов, применявшиеся в лазерной технике для создания активаторных центров, и правила, по которым подбирают активатор и матрицу для создания активной среды лазера с оптимальными характеристиками. [c.71]

Важной проблемой в случае составного О. р. является эфф. заполнение активной среды лазера нолем выбранной моды. Если составной О. р. обладает осью или плоскостью симметрии, то продольная мода (как и у двухзеркального О. р.) является гауссовым пучком (см. Квазиоптит). Его прохождение через оптич. элементы описывается матрицами этих элементов (см. Матричные методы В оптике), а прохождение через О. р. описывается матрицей, являющейся произведе- ж-е нием матриц составляющих его оптич. элементов. При 455 [c.455]

Выбор типа лазера зависит от обрабатываемого ПМ и требований к качеству резания. Для лазерной резки ПМ используют преимущественно СОз-лазеры, создающие излучение в средней ИК-области с длиной волны 1,06 10 нм. Для обработки некоторых ПМ пригодны неодимовые К4С-лазеры (активная среда неодим, растворенный в матрице из иттрия, алюминия и граната), создающие излучение в ИК-области с длиной волны 1,064 10 нм. И те и другие могут работать в непрерывном или импульсном режимах с частотой несколько килогерц. Для создания микроотверстий можно использовать эксимерные лазеры с активными средами типа хлорид ксенона или фториды ксенона, криптона и аргона, создающими излучение с длиной волны соответственно 308, 351, 248 и 193 нм и работающими в импульсном режиме. [c.146]

Неодимовое стекло по целому ряду своих сюйств является высокосовершенной активной средой. Для него характерны широкие, удобно расположенные для оптической накачки полосы поглощения, высокий квантовый выход люминесценции, исключительно высокая оптическая однородность и прозрачность, возможность изготовления активных элементов практически любых размеров и форм. Неодимовое стекло не имеет себе равных по возможности управления (путем варьирования состава матрицы) многими важными для лазеров свойствами — люминесцентными, термооптическими, нелинейными. [c.7]

Отметим, что величина АГпр, помимо отмеченной зависимости от состояния боковой поверхности, связана с прочностными и упругими характеристиками стекла (см. формулы табл. 4). В реальных режимах работы параметром, с которым приходится непосредственно иметь дело экспериментатору, является не температурный перепад АГпр и связанное с ним механическое напряжение, а подводимая мощность накачки. При этом предельно допустимые значения последней Рн. пр оказываются (помимо вышеперечисленных характеристик среды) обусловленными также эффективностью системы накачки, спектральным составом накачивающего излучения, теплопроводностью стекла — т. е. всеми теми факторами, которые определяют связь температурного поля в элементе с условиями накачки. Исходя из этого, ясно, что стекла с более высокой концентрацией активатора (вследствие лучшего поглощения излучения накачки) характеризуются при прочих равных условиях меньшим значением Рн. пр (например, для активных элементов из стекол ГЛС-2 и ГЛС-4 это отличие составляет приблизительно 1,7 раза). Стекла с большей теплопроводностью выдерживают большие мощности накачки. Примером могут служить концентрированные неодим-фосфатные стекла (КНФС), обладающие повышенной теплопроводностью благодаря специфике строения матрицы [26, 48, 61]. Термомеханические характеристики их настолько высоки, что (в сочетании со свойственным им высоким КПД) средняя мощность излучения лазеров на их основе приближается к характерной для лазеров на АИГ Nd. [c.28]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...