Физические величины - Бабичев А.Н.
ISBN 5-283-04013-5
Скачать (прямая ссылка):
Хвозд, мкм 148 Il 336
156 Il 516
Активная среда ClO2. Условия возбуждения: оптическая накачка излучением СО2-лазера\ непрерывный режим генерации
Хвозп» мкм
112 176
204
216
Активная среда HCCF. Условия возбуокдения: оптическая накачка излучением CQ2-лазера; непрерывный режим генерации
Хвозд. мкм 509
Активная среда FCN. Условия возбуокдения: оптическая накачка излучением СО2-лазера; непрерывный режим генерации
Хдпгчтт , MKM
34.3. ЛАЗЕРЫ НА ПРИМЕСНЫХ КРИСТАЛЛАХ
Активным веществом лазеров на примесных кристаллах служат ионы элементов переходных групп, внедренные в' кристаллическую матрицу, Возбуждение ионов-активаторов осуществляется оптически, чаще всего с помощью газоразрядных импульсных ламп или ламп непрерывного действия. Энергетические уровни ионов-активаторов отличаются от уровней свободных ионов из-за взаимодействия с кристаллической матрицей, которое приводит к расщеплению и уширенню электронных уровней нона, а также к образованию у них в ряде случаев колебательной структуры (рнс,
34.10, 34.11). Наибольшее воздействие испытывают уровни, соответствующие внешним электронам иоиов, так как внутренние электроны экранируются внешними оболочками.
Подавляющее число лазеров на примесных кристаллах генерирует излучение на чисто электронных переходах. Интерес к лазерам на электронно-колебательных переходах (рнс. 34.11) связан в основном с возможностью перестройки длины волны излучения.
Одни н те же Ионы-актнваторы в зависимости от гнпа кристалла, в который они внедрены, образуют системы с различными генерационными параметрами. Большое влияние прн этом оказывает температура активной среды, в зависимости от которой меняются радиационные параметры и спектр поглощения ионов-активаторов в кристалле.
Как правило, кристаллы до внедрения в них ионов-активаторов прозрачны на длине волны накачки, однако в ряде случаев в кристалл кроме ионов-активаторов вводятся также ноны-сенсибилизаторы, роль которых сводится к поглощению энергии накачки и передаче ее лазерному иону, что повышает эффективность лазера.
Из большого числа (более 270) существующих диэлектрических лазерных кристаллов наибольшее распространение получили кристаллы Y3Al3Oi2 (ИАГ — иттрий-алюминиевый гранат), YAIO3 (перовскнт) с примесью ионов Nds+, а также Al2O3—Cr3+ (рубин). Замечательной особенностью этих соединений является удачное сочетание удовлетворительных спектрально-генерационных свойств с рядом таких необходимых качеств, как высокая механическая прочность, твердость, значительная теплопроводность и прозрачность в широком спектральном интервале. Повышение эффективности кристаллических лазеров на ионах Nd3+ по сравнению с лазерами на ИАГ достигнуто за счет сенсибилизации лазерного кристалла ионами Cr3+, обладающими широкими полосами поглощения в видимой области. Передача возбуждения от ионов Cr3+ на верхний лазерный уровень Nd3+ (рнс. 34.10) происходит путем широкополосной люминесценции, связанной с электронно-колебательным переходом tT2—4A2 (рис. 34.11).
Эффективность передачи возбуждения из низколе-жащего возбужденного состояния Cr8+ 2E на iT2 определяется энергетическим зазором между этими состояниями, который сильно зависит от вида кристаллического поля. Это позволяет получить высокую эффективность передачи возбуждения от ионов Cr3+ к ионам Nd3+ в кристалле гадолиний-скандий-галлиевого граната (ГСГГ) и, в конечном счете, достичь КПД лазера на ГСГГ — Nd3+ 4,5%, что в 2,4 раза выше КПД лазера на ИАГ — Nd3+ в аналогичных условиях [11]
На электронно-колебательном переходе хрома tT2— tA2 осуществлены также перестраиваемые по длине волны кристаллические лазеры, работающие при T=20РС. Такне лазеры созданы на основе кристаллов александрита (BeAl2O4) [12], а также на основе уже упоминавшихся кристаллов ГСГГ [13]. Диапазон перестройки составляет 730—800 нм для александрита и 766—820 нм для ГСГГ прн полном КПД 2%.
В табл. 34.3 представлены длины волн и рабочие температуры генерации лазерных диэлектрических кристаллических систем. Лазерные системы разделены по актнваторным (лазерным) нонам. Кристаллические матрицы перечисляются в алфавитном порядке. Если в кристалл добавляется сенсибилизатор, то обозначение соответствующего нона и его концентрация указывают-си в первой колонку через двоеточие прн условии, что концентрация сенсибилизатора близка к содержанию активатора. Иногда сенсибилизирующее действие оказывают ноны, входящие в структуру самой матрицы-основы. Например, формула кристалла LiYF4, содержащего примерно равные доли Y и Er, в таблице записана
924 ^7/г -it г
0F3
—I
-S/J
-
-з/ги
-5/2
-7/г
2P,,-
__L__Q _
S1--8 ¦
!Sua _,
•Ш.___
•3/2 с- Щ -SfZ ЛИ-4 'ятт
-SlZ
A5/2-—2 -3/г
7/2
5/2
-я/2
¦S/2
«0/2
-7/г 7Г
7-«/г—,
irJJ,
Л —7/г ^Si
• 9/2
-IIfZr.
%SF
-2-3,2 1 -^
.г/г!
,fr
S/2
4L -5
IE*
П/2 .
¦ 7//2
1 13/z
•9/2 TjP •11 J2
Ч
47!/2
Ч
5/2
% %/г % eHs
's,г 7F0 %/г % %5/г % %5/г % 2^f2
