Лазер на алюмо-иттриевом гранате (АИГ) с непрерывной накачкой

конструкция АИГ-Nd ЛАЗЕРОВ

Среди многообразия лазеров с непрерывной накачкой широкое применение нашли три вида: одномодовые лазеры с модуляцией добротности, лазеры с 'преобразованием частоты и мощные лазеры непрерывного режима.

Одномодовые лазеры с модуляцией добротности. Лазеры серии ЛТИ-500 генерируют моду ТВМоо наинизшего порядка. В случае непрерывной накачки импульсный режим работ с большой частотой -повторения (5—50 кГц) обеспечивается модуляцией добротности резонатора акустооптическим затвором. При выключенном затворе лазеры работают в непрерывном режиме. Зависимость мощности излучения от мощности накачки для лазера ЛТИ-502 приведена на рис. 6. Зависимости средней мощности излучения Рw, длительности импульса излучения τ и пиковой мощности от частоты -повторения импульсов для лазеров с модуляцией добротности резонатора имеют вид, 'представленный на рис. 7. При больших частотах повторения значение средней мощности: асимптотически стремится к уровню мощности в непрерывном режиме генерации. С уменьшением частоты повторения средняя мощность падает и при низких частотах линейно стремится к нулю, поскольку накопленная инверсия в промежутках между импульсами генерации расходуется на люминесценцию

Рис. 6 Зависимость мощности излучения лазера ЛТИ-502 от мощности накачки

Рис. 7. Зависимости средней мощности 1), длительности импульса 2) и пиковой мощности 3) от частоты повторения импульсов излучения лазера ЛТИ- 502

. Длительность импульсов (излучения при повышении частоты повторения «монотонно увеличивается, так как накопленная инверсия в промежутках между импульсами становится меньше. Значения пиковой мощности, приведенные на графике, рассчитаны по формуле Рпик = Р/fτ по данным, определенным из эксперимента.

Лазеры ЛТИ-500 могут работать также в многомодовом режиме генерации (без селектирующей диафрагмы в резонаторе), при этом мощность излучения составляет 20—40 Вт.

Рис. 8. Оптическая схема излучателя лазеров ЛТИ-501 и ЛТИ-502: 1 — излучатель; 2 — глухое зеркало; 3 — квантрон; 4 — селектирующая диафрагма; 5 — акустооптический затвор; 6 — выходное зеркало

Квантрон представляет собой несущий корпус, выполняемый обычно из нержавеющей стали, внутри которого находятся отражатель, активный элемент и лампа наклачки. Отражатель изготавливают из монолитной заготовки легированного европием кварцевого стекла в форме эллиптического цилиндра. В отражателе параллельно оси просверлены два отверстия, внутри которых располагают активный элемент и лампу накачки. Одноламповый осветитель с отражателем такой конструкции обеспечивает высокую эффективность накачки в одномодовом режиме генерации за счет фокусировки излучения накачки в центральную часть активного элемента, а также фильтрацию ультрафиолетового излучения

Отличительной особенностью лазера ЛТИ-503 является использование в качестве источника накачки высокочастотной безэлектродной лампы, которая одновременно выполняет функции отражателя. В связи с отсутствием электродов долговечность и число включений лампы существенно больше, чем у ламп обычной конструкции, но КПД лазера несколько меньше из-за распределенного источника свечения.

Оптическая схема резонатора, примененная в лазере ЛТИ-504, позволяет свести к минимуму искажение резонатора из-за нестационарных термически наведенных аберрационной линзы и клина активного элемента. Если центр кривизны вогнутого отражающего зеркала расположен в активном элементе (на его главной оптической плоскости), то возникающий в нем оптический клин вызывает смещение оси излучения только на этом зеркале, тогда как положение оси излучения в активном элементе и на выходном зеркале строго фиксировано. Положение выходного зеркала определяется из условия, что размер каустики пучка в резонаторе при заданной мощности накачки в первом приближении не зависит от оптической силы линзы активного элемента (рис. 9). Реализация предложенной схемы резонатора позволила существенно повысить стабильность энергетических и пространственных характеристик одномодовых твердотельных лазеров.

Рис. 9. Оптическая схема резонатора лазера ЛТИ-504: R — радиус кривизны глухого зеркала; F —фокусное расстояние термически наведенной линзы в активном элементе

Работа акустооптического затвора в резонаторе лазера основана на дифракции лазерного луча на ультразвуковой волне, возбуждаемой в фотоупругой среде. Вследствие дифракции часть света, прошедшего через затвор, отклоняется от первоначального положения и не принимает участия в генерации. Другими словами, в резонатор вносятся дополнительные потери. В случае, когда коэффициент суммарных потерь преобладает над коэффициентом усиления, генерация прекращается. В отсутствие генерации под действием непрерывной накачки происходит возрастание инверсной населенности. После быстрого переключения затвора в состояние с малыми потерями начинается развитие генерации, и запасенная энергия излучается в виде «гигантского» импульса.

Звукопровод затвора, в котором свет взаимодействует с бегущей ультразвуковой волной, изготавливают из высококачественного плавленого кварца, который практически не вносит в резонатор дополнительных потерь. Также для снижения потерь боковые грани звукопровода. имеют просветляющие покрытия на длину волны генерации, остаточное отражение при этом не превышает 0,5%. Возбуждение продольной ультразвуковой волны производится пьезопреобразователем из кристаллического кварца Х-среза. В случае продольных звуковых волн эффективность взаимодействия для различных плоскостей поляризации света оказывается разной. Максимальная дифракция соответствует плоскости поляризации света, перпендикулярной к направлению распространения звука, и уменьшается в несколько раз (до 5 раз при малых значениях акустической мощности) для ортогональной поляризации. Из-за неравномерного распределения излучения накачки 'по сечению активного элемента, характерного для выбранной конструкции квантрона, излучение лазеров в одномодовом режиме имеет преимущественное направление поляризации в плоскости, перпендикулярной направлению «лампа — активный элемент». Причем в некоторых областях мощности накачки может существовать излучение только с этой поляризацией. Затвор устанавливается в резонаторе с учетом этого обстоятельства, что значительно повышает его эффективность.

Лазеры с преобразованием частоты. Лазеры серии ЛТИ-701 с преобразованием частоты во вторую и четвертую гармоники построены на основе лазера ЛТИ-502.

В лазерах ЛТИ-701, ЛТИ-702 (рис. 10) происходит внутри- резонаторное «преобразование во вторую гармонику излучения лазера, работающего в режиме акустооптической модуляции добротности резонатора с длиной волны 1,06 мкм. В качестве преобразователя частоты используется кристалл иодата лития (LiIO3), не требующий термостатирования, достаточно эффективный и относительно стойкий к лазерному излучению. При модуляции добротности мощность лазерного излучения внутри резонатора велика, поэтому специальных мер для его фокусировки в нелинейный элемент не требуется. Преобразователь частоты МЧ-104 включает в себя специальное выходное зеркало («глухое» на основной длине волны и пропускающее на длине волны гармоники), элемент из иодата лития размером 10x10x10 мм и оптический фильтр. Каквидно из рис. 10, оптический фильтр является третьим внутрирезонаторным зеркалом, предназначенным для однонаправленного вывода излучения второй гармоники. Преобразователь МЧ-104 крепят к корпусу лазера вместо узла выходного зеркала.

1	2	3	4