- •Лазерная техника Содержание
- •1. Газовые лазеры (гл)
- •Классификация гл
- •1.2. Некоторые сведения из физики газового разряда
- •1.2.1. Понятие плазмы газового разряда
- •1.2.2. Основные элементарные процессы в плазме гр
- •1.2.3. Понятие устойчивости гр
- •1.2.4. Описание гр с помощью вольтамперной характеристики (вах)
- •1.2.5. Несамостоятельный гр и его применение в гл
- •1.2.6. Самостоятельный гр и его применение в гл
- •1.2.7. Особенности конструкции гл с самостоятельным гр
- •1.2.8. Использование переменных полей для возбуждения гл
- •1.2.9. Импульсный гр и его применение в гл
- •1.3.1. Схема энергетических уровней молекулы , участвующих в процессе лазерной генерации
- •1.3.2. Создание инверсии на лазерных переходах
- •1.3.3. Формирование частотного спектра лазерного излучения
- •1.3.4. Зависимость мощности генерации со -лазера от температуры активной среды
- •1.3.5. Диффузионное охлаждение рабочей смеси
- •1.3.6. Многолучевые системы на базе диффузионного лазера
- •1.3.7. Конвективное охлаждение рабочей смеси
- •1.3.8. Импульсные -лазеры
- •1.3.9. Газодинамические -лазеры
- •1.5. Химические лазеры
- •1.5.1. Основные требования, необходимые для прямого преобразования химической энергии в световую
- •1.6. Атомарные лазеры (Не-Ne-лазер)
- •1.7. Ионные лазеры (Ar-лазер)
- •1.8. Лазеры на самоограниченных переходах
- •1.9. Эксимерные лазеры
- •2.Твердотельные лазеры с оптической накачкой
- •2.1. Общие характеристики и особенности генерации твердотельных лазеров с оптической накачкой
- •2.2 Рубиновый лазер
- •2.3. Лазеры на стекле с неодимом
- •2.4. Лазеры на гранате с неодимом (иаг-лазеры)
- •3. Полупроводниковые лазеры
- •3.1. Вынужденное излучение в полупроводниках
- •3.2. Создание инверсии в полупроводниках
- •3.3. Лазеры на гомоструктурах
- •3.4. Лазеры на гетероструктурах
- •4. Лазеры на растворах органических красителей
- •4.1. Лазерные красители
- •4.1.1. Общие сведения
- •4.1.2. Поглощение света лазерными красителями и их флуоресценция
- •4.1.3. Пути дезактивации возбужденных молекул красителя
- •4.1.4. Распространенные красители
- •4.2. Условие генерации
- •4.2.1. Режим многократного прохождения излучения в резонаторе
- •4.2.2. Режим сверхизлучения
- •4.3. Системы накачки
- •4.3.1. Поперечный способ накачки
- •4.3.2 Продольный способ накачки
- •4.4. Дисперсионные резонаторы лазеров на красителях
- •4.4.1. Резонаторы с дифракционной решеткой
- •4.4.2. Резонаторы с оптическими призмами
- •4.4.3. Резонаторы с интерферометром Фабри-Перо
- •4.4.4. Лазеры на красителях с распределенной обратной связью
2.4. Лазеры на гранате с неодимом (иаг-лазеры)
Отмеченные в предыдущем параграфе недостатки стеклянных лазеров с ионом неодима в качестве активной частицы удалось во многом устранить, используя в качестве матрицы для ионов неодима иттриево-алюминиевый гранат (УзА1 О ). Эти лазеры, часто называемые ИАГ-лазерами, были предложены Гейсицем.
Имея достаточно много полос поглощения в диапазоне длин полк от 500 до 900 нм, ион неодима в матрице из граната обладает в то же время очень узкой линией флуоресценции ~1 нм) при времени жизни метастабильного уровня ~200-300 мкс. Благодаря этому сечение вынужденных переходов в ИАГ достигает ~3 10 см . Так как концентрация активных частиц в гранате также высока ( ), то очень высокие коэффициенты усиления на уровне 1-3 см удается получить, возбудив всего лишь несколько процентов ионов, т. е. при низких уровнях накачки.
ИАГ является твердым изотропным кристаллом. Из него удается изготовить активные элементы в виде стержней с диаметром до 0,5-1 см и длиной до 10 см, отличающиеся высоким оптическим качеством и хорошо поддающиеся полировке. Однако основным преимуществом граната по сравнению со стеклом является его более высокая теплопроводность и способность выдерживать, не разрушаясь, большие градиенты температур. Именно эти теплофизические свойства вместе с высоким коэффициентом усиления и низкой пороговой энергией возбуждения позволяют осуществить в лазерах с ИАГ не только импульсный, но и импульсно-периодический, а также непрерывный режим генерации.
Так как объем активного элемента из ИАГ ограничен, предельные энергии излучения лазеров на ИАГ в моноимпульсе не превышают 1-10 Дж, что существенно ниже, чем у лазеров на стекле. Поэтому обычно лазеры на ИАГ используются в режиме импульсно- периодического или непрерывного возбуждения. При этом в режиме импульсно- периодического возбуждения создают достаточно длинные (0.5-10 мс) импульсы с частотой повторения до 100 Гц, а короткие (<10 мкс) импульсы с высокой частотой следования по 100 кГц обычно получают при непрерывном возбуждении, модулируя добротность резонатора с помощью расположенного между активным элементом и зеркалом затвором.
Мощность непрерывной генерации современных лазеров на ИАГ достигает 400Вт. Важным с точки зрения практического применения является и оолее высокий КПД лазеров на ИАГ в условиях непрерывного возбуждения с помощью криптоновых ламп накачки его значение достигает 2-3%. Расходимость лазеров в непрерывном многомодовом режиме генерации составляет ~5 мрад, в одномодовом ~1 мрад. Пригодность данного лазера для термической технологии весьма высока. Например, для непрерывного лазера с мощностью излучения 100-200 Вт коэффициент В может достигать 20...40. И
менно по этой причине лазеры на ИАГ могут найти широкое применение в термической технологии для резки и сварки.
К числу недостатков лазеров на ИАГ следует отнести достаточно высокую стоимость рабочих элементов и связанную с ограниченным объемом кристаллов ограниченность мощности.
Подводя итог, можно сказать, что современные твердотельные лазеры обладают достаточно высоким энергетическими и пространственными характеристиками, позволяющими широко использовать их в различных технологических процессах.