Лазеры на основе стекол

Рубиновые лазеры, когда-то очень популярные, теперь применяются менее широко, поскольку они были вытеснены такими конкурентами, как лазеры на основе Nd YAG или лазеры на стекле с неодимом. Поскольку рубиновый лазер на самом деле работает по трехуровневой схеме, необходимая пороговая энергия накачки приблизительно на порядок превышает соответствующую величину для Nd YAG лазера таких же размеров. Однако рубиновые лазеры все еще широко применяются в некоторых научных и технических приложениях, для которых более короткая длина волны генерации рубина дает существенное преимущество перед Nd YAG-лазером (например, в импульсной голографии, где Nd YAG нельзя использовать из-за малой чувствительности фотопленки в более длинноволновом диапазоне генерации Nd YAG-лазера), Стоит также отметить, что в про- [c.334]

Кроме анализа быстропротекающих процессов. с испусканием света (см. разд. 9.1) оптические затворы применяются в оптических радарах . В работе [3.24] удалось сфотографировать объект, расположенный за сильно рассеивающим материалом (см. рис. 3.15). Для этого импульс неодимового лазера на стекле с синхронизацией мод разделялся на зондирующий и включающий импульсы. Отраженный от объекта свет поступал на оптический затвор, момент открывания которого мог регулироваться. Малая длительность времени пропускания затвора позволяла регистрировать оптическую информацию, поступающую от узкой области, отстоящей от затвора на расстоянии от хо до Хо + Ах, где Ахх У2)т аС, Та — время пропускания затвора, а Хо определяется временем задержки между импуль- сами зондирования и включения. В приведенной в качестве примера установке применялись ультракороткие световые импульсы лазера на стекле с неодимом (ть 7 пс) и затвор на основе эффекта Керра в S2 (то< 2 пс). Регистрируемые интервалы Ах составляли примерно 1 мм. При соответствующем выборе Хо регистрируется только свет, отраженный от исследуемого объекта, а не от рассеивающего материала, расположенного перед объектом. В [3.24] таким путем была получена фотография удовлетворительного качества плоского объекта, расположенного на расстоянии 10 мм за рассеивающим экраном. Сфотографировать этот объект обычным путем было невозможно. [c.127]

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]

В последние годы наблюдается бурное развитие волоконно-оп-тических линий связи (ВОЛС), важнейшим элементом которых являются волоконно-оптические кабели (ВОК). Узкий световой лазерный луч. модулированный соответствующим образом, может распространяться на большие расстояния и передавать огромный объем информации. Использование его для передачи в атмосфере затруднено из-за больших потерь световой энергии, из-за поглощения и рассеяния, обусловленных загрязнением передающей среды (частички пыли, сажи, газы, капли влаги). По мере развития производства оптически чистых стекол и стеклянных нитей на их основе появилась возможность передавать световую энергию по ВОК, основным элементом которых является ОВ (оптическое волокно). В качестве материала для ОВ используются стекла на основе чистого кварца. Луч света, введенный от лазера в ОВ, распространяется вдоль его оси, если показатель преломления в центре волокна больше, чем у его внешней поверхности. Это достигается, например, путем изготовления двухслойного ОВ, центральная часть которого (сердечник) за счет легирующих добавок имеет показатель преломления, немного больший наружного слоя ОВ (светоотражающая оболочка). [c.265]

Основой больщинства применяемых в промышленности лазеров является кристалл синтетического рубина в форме стержня или стержень из неодимового стекла, являющиеся резонаторами, в которых возникает и формируется луч, излучаемый оптическим квантовым генератором. [c.396]

Прежде всего, благодаря низким порогам возбуждения и хорошей теплопроводности, он может работать при больших частотах повторения импульсов генерации, далеко выходящих за пределы, допустимые для рубина и стекла. Одновременно с этим, из-за низкого энергетического порога возбуждения, что является следствием четырехуровневой схемы, лазеры на основе этих элементов хорошо работают и в непрерывном режиме излучения при достаточно высоком КПД, достигающем 3,3% [71]. [c.168]

Эти лазеры имеют в своей основе токсичные и вязкие жидкости, которые к тому еще и агрессивны, что значительно сужает выбор возможных конструкционных материалов (кварц, стекло, тефлон) и вынуждает производить тщательную герметизацию кювет. Весьма сложной задачей является конструирование узлов прокачки рабочей жидкости. [c.46]

В нескольких волоконных лазерах стекло с Nd + было взято в качестве материала для сердцевины. Картины типов колебаний лазера в ближней зоне были получены для волокна диаметром 8 if/ и длиной 4 м [12]. Картины оказались более сложными, чем ожидалось на основе простой теории диэлектрического волновода. Было вычислено, что в волокне могут возбуждаться по крайней мере 20 различных угловых мод. Таким образом, картины излучения соответствуют не чистым модам диэлектрического волновода, а их линейным комбинациям. [c.68]

Для получения широких линий поглощения, лежащих над излучающим уровнем, иногда наряду с активатором в основу вводят сенсибилизаторы, отдающие поглощенные кванты активатору (переход 32 на рис. 24.2, г, д). Значительно расширяя спектр поглощения энергии накачки, сенсибилизаторы снижают пороговый уровень возбуждения лазера и повышают интенсивность когерентного излучения. В качестве сенсибилизаторов применяют те же ионы, что и в качестве активаторов. Например, в системе гранат с эффективным сенсибилизатором является ион Сг +, а в стекле с ион Се . Сенсибилизаторами могут быть иногда и ионы основы. [c.249]

Для поверхностной закалки может использоваться нагрев лазером. Лазеры — это квантовые генераторы оптического диапазона в основу работы которых положено усиление электромагнитных колебаний за счет индуцированного излучения атомов (молекул). Лазерное излучение распространяется очень узким пучком и характеризуется высокой концентрацией энергии. Источниками генерируемого излучения служат твердые тела (рубины, алюминиевые граниты, иттрий, стекла) и газы (Не, Ne, Аг, СО ). [c.170]

Мощный перестраиваемый по частоте узкополосный лазер ультрафиолетового, видимого и инфракрасного диапазонов па основе неодимового стекла для селективной фотохимии. [c.245]

Заключение. Основываясь на сегодняшнем уровне развития физики и технологии мощных лазеров, главными кандидатами на роль драйвера промышленной энергетической установки на основе ИТС следует считать твердотельный лазер на неодимовом стекле и газовый КгР-лазер. Основными проблемами, которые должны быть решены при развитии этих типов лазеров до уровня реакторного драйвера, являются для Nd-лазера — разработка и создание достаточно дешевой и надежной техники светодиодной накачки активной среды лазера (или развитие других методов решения проблем низкого КПД и частотного режима работы лазера) для КгР-лазера — принципиальное решение проблемы увеличения ресурса работы лазера. [c.27]

Английская фирма Роллс-Ройс [208] применяет СО 2-лазеры для раскроя диэлектриков, в том числе материалов на основе стекла, углерода и бора. Сообщается, что успешно режется стекло толщиной 8—10 мм со скоростью 1,5 м/мин, обрабатывается магниевая керамика. [c.140]

Рис. 5.10. Схема лазера с тепловой нелинейной q)eдoй на основе бензилового спирта с красителем. Накачка осуществлялась гигантским импульсом лазера на стекле с неодимом

Первые эксперименты по получению ультракоротких импульсов путем пассивной синхронизации мод твердотельного лазера были выполнены в 1965 г. Мокером и Коллинзом [7.1 на основе рубинового лазера.и в 1966 г. Де Мариа и др. [7.2 на основе лазера на стекле с неодимом. В то время как длительности импульсов, генерируемых твердотельными лазерами, в общем случае превышают длительности импульсов лазеров на красителях с пассивной синхронизацией мод (около 15— 20 ПС в рубиновом лазере и от 2 до 10 пс в лазере на стекле с неодимом), пиковая интенсивность импульсов твердотельных лазеров существенно выше. Так, например, для рубинового лазера она составляет несколько сот МВт/см , для лазеров на стекле с неодимом — несколько ГВт/см . [c.228]

Поверхностная закалка при нагреве лазером. Лазеры — это генераторы света (квантовые генераторы оптического диапазона). В основу их работы положено усиление электромагнитных колебаний при помощи индукцированного излучения атомов (молекул). Лазерное излучение монохроматично, распространяется очень узким пучком и характеризуется чрезвычайно высокой концентрацией энергии. Для промышленных целей применяют лазеры, у которых в качестве активных тел, т. е. источников генерируемого излучения, служат 1) твердые тела (твердотельные лазеры) рубины, иттрий-алюминиевые гранаты (ИАГ) и стекла, активированные неодимом [c.225]

Развитие полупроводниковых лазеров сделало Tiep neK-тивным использование их для накачки Т. л. Полупроводниковые лазеры (ПЛ) на основе монокристаллов арсенида галлия путём изменения состава позволяют получать генерацию в области 0,75 -н 1 мкм, что даёт возможность эффективно возбуждать генерацию на ионах Nd , TnT , Но , и Yb [5]. Накачка излучением ПЛ является близкой к резонансной, что в значит, степени снимает проблему наведённых термич. искажений в АЭ и позволяет относительно легко достигать предельно высокой направт jrenHo TH лазерного пучка. Получена непрерывная генерация на ионах Но (> г 2,) мкм), Тт (Х, 2,3 мкм), Ег (Я, 2.9 мкм), а также на разл. переходах ионов Порог генера1ши по мощности накачки в нек-рых случаях составляет единицы милливатт. Так, напр., порог генерации на ионах Но " в кристалле ИАГ—Тш —Но равен 4 МВт, а порог генерации на осн. переходе ионов N d в стекле не превышает 2 мВт. На целом ряде кристаллов с неодимом получена генерация второй гармоники. На осн. переходе неодима реализованы режимы модуляции добротности и синхронизации мод. Общий кпд неодимового непрерывного лазера с накачкой излучением ПЛ на длине волны генерации 1,06 мкм достигает 20%, [c.50]

Для оптимального режима работы ВКР-усилителей на основе световодов из кварцевого стекла разность частот накачки и сигнала должна соответствовать пику комбинационного усиления на рис. 8.1 ( 13 ТГц). В ближнем ИК-диапазоне наиболее практичный источник накачки-Nd ИАГ-лазер, работающий на 1,06 или 1,32 мкм. Для этого лазера максимальное усиление возникает на длинах волн сигнала 1,12 и 1,40 мкм соответственно. Однако с точки зрения оптической связи наиболее интересны длины волн 1.3 и 1,5 мкм. Nd ИАГ-лазер в этом случае можно использовать, если накачкой для сигнала служат стоксовы компоненты высших порядков. Например, стоксова компонента третьего порядка с длиной волны 1,24 мкм от лазера на длине волны 1,06 мкм может служить накачкой для усиления сигнала па длине волны 1,3 мкм. Действительно, в такой схеме былС) получено усиление 20 дБ [56]. Таким же образом первая стоксова компонента на длине волны 1,4 мкм ВКР от лазера с длиной волны 1,32 мкм может служить накачкой для сигнала на длине волны [c.231]

В лазере, как и во всяком генераторе электромагнитных волн, основой является активный элемент, преобразующий энергию внешнего источника питания в нужное излучение. В нашем случае таким элементом является кристалл алюмоиттриевого граната с добавкой трехвалентного иона неодима Y3Al50i2-Nd +. Этот ион является самым распространенным активатором лазерных кристаллов. Он обладает способностью к генерации почти в 80 средах [22]. Однако из этого многообразия сред широкое практическое применение нашли лишь стекла нескольких марок и несколько типов кристаллов, самым распространенным из которых является алюмоиттриевый гранат [22, 23]. Последнее обусловлено присущей кристаллам граната с неодимом (АИГ-Nd) совокупности полезных свойств, которые будут рассмотрены ниже. [c.9]

Ряд технологических установок создан на основе мои ных лазеров непрерывного режима работы ЛТН-100 (длина волны 1,06 мкм). К их числу относятся установки направленного термораскалывания стекла ( Квант-20 ), базовая установка автоматизированной пайки, сварки и резки материалов ( Квант-50 ). Применение установки Квант-50 (рис. 4.14) при операции пайки микросхем на печатные платы позволяет автоматизировать процесс и повысить производительность труда в 10 раз по сравнению с ручной пайкой. Наиболее массовым применением этой группы лазеров является резка листовых материалов. На ос- [c.104]

Фотоматериалы. В распоряжении голографистов еще нет серийно выпускаемых фотоматериалов для цветной голографии — ни на стекле, ни на гибкой подложке. Благодаря большому количеству исследований разработаны материалы только для монохромной съемки типа ЛОИ, ПЭ, имеющие при сравнительно высокой чувствительности достаточное отношение сигнал/шум. В НИКФИ были оптимизированы процессы синтеза и сенсибилизации эмульсий типа ПЭ и созданы фотослои, чувствительные к зеленой и красной областям спектра, с высокой дифракционной эффективностью и отношением сигнал/шум для съемки отражательных и пропускающих голограмм с лазерами непрерывного излучения. На основе этих слоев разработаны способы двухслойного полива на стекло для цветной изобразительной голографии и изготовления экранов и на гибкую подложку для цветной киносъемки на двух длинах волн. Экспозиционные характеристики двухслойного цветного фотоматериала для изобразительной голографии приведены на рис. 97. [c.157]

Наряду с энергетическими в сильной степени от состава стекла зависят и спектральные характеристики излучения лазера. Так, ширина спектра генерации лазера на силикатном стекле даже при 1 акачках, близких к порогу, составляет единицы нанометров. Повышение уровня накачки вызывает расширение спектрального интервала генерации до 8,0... 12,0 нм. В то же время ширина спектра генерации стекол фосфатной основы даже при десятикратном превышении энергии накачки над порогом, не превосходит 0,2 нм. [c.168]

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]

В табл. 11 приведен перечень некоторых отечественных лазерных технологических установок на основе твердотельных неодимосодержащих активных сред. Неодимовые стекла обладают хорошими оптическими свойствами из них могут быть изготовлены крупногабаритные активные элементы, что обеспечивает возможность достижения высокой плотности излучения на обрабатываемой поверхности в одном импульсе. Однако стекла вследствие худших, чем у граната, теплофизических характеристик менее пригодны для лазеров непрерывного и импульсно-периодического действия с большой частотой следования импульсов, в которых целесообразно использовать в качестве активной среды АИГ Nd. Предельные средние мощности излучения лазеров на гранате ограничиваются доступными в технологии выращивания кристаллов размерами активных элементов (при мощности до 300 Вт размеры элемента порядка 010 X 100 мм [32]). [c.113]

Десять лет тому назад был создан первый квантовый генератор света — лазер. С момента создания первых лазеров работы в области квантовой электроники развернулись в широких масштабах и развивались исключительно быстрыми темпами. Бурное развитие квантовой электроники продолжается и поныне. В результате за короткое время было разработано очень много разных типов лазеров твердотельные лазеры на кристаллах и стеклах, жидкостные лазеры, газовые лазеры (атомные, молекулярные, ионные), полупроводниковые лазеры (инжекционные, с электронным и оптическим возбуждением), лазеры с перестраиваемой частотой, химические лазеры, лазеры на основе вынужденного комбинационного рассеяния и др. Созданы импульсные лазеры и лазеры непрерывного действия, даюпхие когерентное излучение в широком диапазоне длин волн от ультрафиолетового (0,2 мк) до дальнего инфракрасного (538 мк) участков спектра. [c.5]

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]

Активными элементами в лазерах на основе стекол служат стекла, легированные иоиами редкоземельных элементов. При переходах в этих иоиах с возбужденных на устойчивые уровни осуществляются генерация и усиление излучения. Стекло как основа активного вещества лазера является некристаллической матрицей, поскольку оно не обладает кристаллической структурой дальнего порядка. Ионы элементов-активаторов входят в стекло не как ионы, изоморфно замещающие катионы решетки, а как компоненты стекла. [c.752]

Второй, более распространенный тип коррекции основан на тех или иных корректирующих устройствах, вводимых в усилительные каскады лазера. При развитых нелинейных искажениях, например самофокусировке, широко используются такие статические средства, как пространственная фильтрация, аподизация диафрагмы, оптическая ретрансляция (см. гл. 4). В последние годы для динамической коррекции волнового фронта все шире используется эффект обращения волнового фронта (ОВФ). Применительно к лазерам на неодимовом стекле, как правило, используется ОВФ на основе вынужде1шого рассеяния Мандельштама — Бриллюэна. Обнаружение этого эффекта в начале 70-х гг. можно отнести к числу наиболее ярких открытий в квантовой электронике после появления лазеров. Следует вообще отметить резко возросшую за последние годы роль и место в квантовой электронике эффектов, основанных на вынужденных рассеяниях излучения это упомянутые уже эффекты ОВФ, суммирования излучения, применяемые для управ-ле шя диаграммой направленности лазерного излучения, это также [c.9]

Прежде чем перейти к рассмотрению наиболее широко используемого в лазерах на неодимовом стекле обращения волнового фронта на основе вынужденного рассеяния Мандельштама — Бриллюэна ОВФ ВРМБ), сделаем одно замечание. Алгоритм обращения [c.158]

Характеристики применяемых для модуляции добротности затворов будут приведены в 5.2, а здесь мы несколько подробнее рассмотрим генерацию мопоимпульса при пассивной модуляции добротности просветляющимися фильтрами. В качестве таких фильтров в лазере на неодимовом стекле применяются растворы красителей или твердотельные затворы на основе центров окраски. Физика процесса генерации гигантского импульса состоит в это.м случае в том, что просветляющийся фильтр, пропускание которого возрастает при увеличении падающего на него излучения, играет роль ячейки положительной обратной связи. Процесс генерации можно также разбить на три этапа накопление инверсии, сравнительно длинный этап линейного развития генерации и короткий этап нелинейного развития генерации, на котором происходит высвечивание энергии моноимпульса. Для пассивной модуляции длительность линейного этапа Тд (т 1 мкс) в несколько раз больше, чем при активной, что имеет важное значение для селекции спектра излучения (см. ниже). Длительность моноимпульса ( и 10—100 нс) примерно такая же, как при мгновенном включении добротности, если только выполнено условие на сечение вынужденных переходов в фильтре Оф и активной среде а стф>ст. [c.203]

Инверсия населенности может поддерживаться несмотря на непрерывное лазерное излучение. Уровень выходной мощности в режиме непрерывного излучения зависит от термических свойств лазерного стержня. В этом отношении АИГ превосходит стекло, поэтому его предпочитают в качестве материала основы, когда требуется непрерывная генерация на высоком уровне средней мощности. Однако из неодимового стекла можно изготовить стержни гораздо больших размеров, которые лучше всего подходят для генерации импульсов очень высокой мощности с низким коэффициентом заполнения. Стало возможным получать несколько сотен ватт выходной мощности в режиме непрерывной генерации при накачке излучением криптоновой дуговой лампы. При этом общий КПД лазера может превышать 1 %. Однако в этих услови-ях лазер излучает на многих поперечных модах высокого порядка, и представляется, что для практических систем связи стабильность и надежность газоразрядной лампы меньше, чем это необходимо. Используя в качестве источника накачки вольфрамо-галондные лампы, можно [c.406]

Импульсные лазеры, например рубиновые (излучающие свет в красной области спектра на длине волны 694,3 нм) или на стекле с неодимом в режиме удвоения частоты (излучающие в зеленой области спектра на длине волны 530 нм), позволяют обойти проблему стабильности за счет малой длительности импульсов, составляющей обычно для лазеров с модуляцией добротности -- 30 нсек. Однако до настоящего времени обеспечение длины когерентности больше нескольких сантиметров представляет значительные трудности. С импульсными лазерами невозможно также проводить эксперименты по наблюдению живых полос , поскольку восстановление необходимо провести с помощью непрерывного лазера с другой длиной волны излучения. Тем не менее голография на основе использования импульсных лазеров имеет широкую область применения, которая до сих пор еще освоена очень незначительно. [c.203]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...