Титан-сапфировый лазер, накачиваемый излучением второй гармоники неодимового лазера с продольной диодной накачкой
ËÀÇÅÐÍÀß ÔÈÇÈÊÀ È ÒÅÕÍÈÊÀ
ÓÄÊ 535:621.373.8; 535:621.375.8
ÒÈÒÀÍ-ÑÀÏÔÈÐÎÂÛÉ ËÀÇÅÐ, ÍÀÊÀ×ÈÂÀÅÌÛÉ ÈÇËÓ×ÅÍÈÅÌ ÂÒÎÐÎÉ ÃÀÐÌÎÍÈÊÈ ÍÅÎÄÈÌÎÂÎÃÎ ËÀÇÅÐÀ Ñ ÏÐÎÄÎËÜÍÎÉ ÄÈÎÄÍÎÉ ÍÀÊÀ×ÊÎÉ
2009 ã. 2009 ã. 2009 ã.
Ã. È. Ðÿáöåâ*, äîêòîð ôèç.-ìàò. íàóê; Ì. Â. Áîãäàíîâè÷*; À. È. Åíæèåâñêèé*; Ë. Ë. Òåïëÿøèí*, êàíä. ôèç.-ìàò. íàóê; À. Ã. Ðÿáöåâ**; Ì. À. Ùåìåëåâ**; À. Â. Ïîæèäàåâ**; Í. Â. Êîíäðàòþê***, êàíä. ôèç.-ìàò. íàóê
*** Èíñòèòóò ôèçèêè èì. Á.È.Ñòåïàíîâà ÍÀÍ Áåëîðóññèè, Ìèíñê, Áåëîðóññèÿ
*** Áåëîðóññêèé ãîñóäàðñòâåííûé óíèâåðñèòåò, Ìèíñê, Áåëîðóññèÿ
*** Áåëîðóññêèé Íàöèîíàëüíûé òåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò, Ìèíñê, Áåëîðóññèÿ
*** Å-mail: ryabtsev@dragon.bas-net.by
Ñîçäàí êîìïàêòíûé ïåðåñòðàèâàåìûé èñòî÷íèê ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ íà îñíîâå êðèñòàëëà Al2O3:Ti3+ ñ ýíåðãèåé â èìïóëüñå äî 85 ìêÄæ, äëèòåëüíîñòüþ 5 íñ è ïàðàìåòðîì M 2 ïîðÿäêà 1,1, íàêà÷èâàåìûé èçëó÷åíèåì âòîðîé ãàðìîíèêè íåîäèìîâîãî ëàçåðà ñ ïðîäîëüíîé äèîäíîé íàêà÷êîé. Äëÿ ïðåîáðàçîâàíèÿ èçëó÷åíèÿ íåîäèìîâîãî ëàçåðà âî âòîðóþ ãàðìîíèêó èñïîëüçîâàëñÿ êðèñòàëë ÊÒÐ ñ ýôôåêòèâíîñòüþ ïðåîáðàçîâàíèÿ 58%. Âíåøíèé äèôôåðåíöèàëüíûé êâàíòîâûé âûõîä òèòàí-ñàïôèðîâîãî ëàçåðà ïî îòíîøåíèþ ê èçëó÷åíèþ âòîðîé ãàðìîíèêè ñîñòàâèë 41%.
Êîäû OCIS: 140.3480, 140.3530, 140.3590.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 01.07.2008.
Ââåäåíèå
Ëàçåðíûå èñòî÷íèêè èçëó÷åíèÿ íà îñíîâå êðèñòàëëà òèòàí-ñàïôèðà (Al2O3:Ti3+), ñ ïåðåñòðàèâàåìîé äëèíîé âîëíû ãåíåðàöèè â äèàïàçîíå 650–1100 íì, øèðîêî ïðèìåíÿþòñÿ â ëèäàðíûõ ñèñòåìàõ è ñïåêòðîñêîïèè [1, 2]. Çíà÷èòåëüíîãî ïîâûøåíèÿ ýôôåêòèâíîñòè ïðè ñíèæåíèè ãàáàðèòîâ òèòàí-ñàïôèðîâîãî ëàçåðà (ÒÑË) óäàëîñü äîñòè÷ü ïóòåì ïðèìåíåíèÿ áëîêîâ äèîäíîé íàêà÷êè äëÿ çàäàþùèõ íåîäèìîâûõ ëàçåðîâ (ÇÍË) [3]. Ïî èìåþùèìñÿ ëèòåðàòóðíûì äàííûì ñîçäàíû êîìïàêòíûå ÒÑË ñ ýíåðãèåé âûõîäíîãî èìïóëüñà äî 720 ìêÄæ ïðè ïîïåðå÷íîé [4] è 1,3 ìêÄæ è ïðè ïðîäîëüíîé [5] äèîäíîé íàêà÷êå ÇÍË.
Íàñòîÿùàÿ ñòàòüÿ ïîñâÿùåíà ðàçðàáîòêå ýôôåêòèâíîãî òèòàí-ñàïôèðîâîãî ëàçåðà, íàêà÷èâàåìîãî èçëó÷åíèåì âòîðîé ãàðìîíèêè íåîäèìîâîãî ëàçåðà ñ ïðîäîëüíîé äèîäíîé íàêà÷êîé, à òàêæå èññëåäîâàíèþ åãî ýíåðãåòè÷åñêèõ, âðåìåííûõ, ñïåêòðàëüíûõ è ïðîñòðàíñòâåííûõ õàðàêòåðèñòèê.
Ýêñïåðèìåíò è ìîäåëèðîâàíèå òèòàí-ñàïôèðîâîãî ëàçåðà
Ñõåìà òèòàí-ñàïôèðîâîãî ëàçåðà ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 1. ÒÑË âêëþ÷àåò ÇÍË ñ ïðîäîëüíîé äèîäíîé íàêà÷êîé, óäâîèòåëü ÷àñòîòû íà êðèñòàëëå ÊÒÐ è ïåðåñòðàèâàåìûé ëàçåð íà êðèñòàëëå Al2O3:Ti3+.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 3, 2009
48
2 3 567
9
10 1 11
17 15 14
16
12 13
Ðèñ. 1. Ñõåìà òèòàí-ñàïôèðîâîãî ëàçåðà, íàêà÷èâà-
åìîãî èçëó÷åíèåì âòîðîé ãàðìîíèêè íåîäèìîâîãî
ëàçåðà ñ äèîäíîé íàêà÷êîé. 1 – ëàçåðíàÿ äèîäíàÿ ñáîð-
êà, 2 – îïòè÷åñêîå âîëîêíî, 3 – ôîêóñèðóþùàÿ ñèñòå-
ìà, 4 – ãëóõîå çåðêàëî íåîäèìîâîãî ëàçåðà, 5 – ÀÝ
íåîäèìîâîãî ëàçåðà, 6 – ïîëÿðèçàòîð, 7 – ÿ÷åéêà
Ïîêêåëüñà, 8 – âûõîäíîå çåðêàëî íåîäèìîâîãî ëàçå-
ðà, 9 – ïîâîðîòíàÿ ïëàñòèíêà, 10 – êâàðöåâûé ðîòà-
òîð ïëîñêîñòè ïîëÿðèçàöèè, 11 – ëèíçà, 12 – êðèñ-
òàëë ÊÒÐ, 13 – ïîâîðîòíàÿ ïëàñòèíêà, 14 – ëèíçà, 15
–ýëãåëìóåõíîòåAçlå2Oðê3:àTëiî3+A, 1l72O–3â:Tûiõ3+î-äëíàîçååðçàå,ðê1à6ë–î
àêòèâíûé Al2O3:Ti3+-
ëàçåðà.
13
Çàäàþùèé íåîäèìîâûé ëàçåð. Â íàñòîÿùåé ðà-
áîòå ïðîâîäèëèñü èññëåäîâàíèÿ ãåíåðàöèîííûõ õàðàêòåðèñòèê ÇÍË íà îñíîâå îðòîâàíàäàòà èòòðèÿ (YVO4:Nd3+) è àëþìîèòòðèåâîãî ãðàíàòà (YAG:Nd3+) ñ ïðîäîëüíîé äèîäíîé íàêà÷êîé â ðåæèìå ìîäóëèðîâàííîé äîáðîòíîñòè. Êîíöåíòðàöèÿ èîíîâ íåîäèìà â YVO4:Nd3+ è YAG:Nd3+ ñîñòàâëÿëà 0,4 è 0,8 àò.% ñîîòâåòñòâåííî. Àêòèâíûé ýëåìåíò (ÀÝ) íà îñíîâå YVO4:Nd3+ ïðåäñòàâëÿë ñîáîé ïàðàëëåëåïèïåä 4×4×8 ìì ñ ïðîñâåòëåííûìè òîðöàìè äëÿ èçëó÷åíèÿ íàêà÷êè ñ äëèíîé âîëíû λ = 808 íì è ãåíåðàöèè ñ λ = 1064 íì. ÀÝ íà îñíîâå YAG:Nd3+ áûë âûïîëíåí â âèäå ñòåðæíÿ äèàìåòðîì 4 ìì è äëèíîé 7 ìì. Íà îäèí èç òîðöîâ YAG:Nd3+ íàíîñèëîñü äèýëåêòðè÷åñêîå ïîêðûòèå ñ ìàêñèìóìîì ïðîïóñêàíèÿ íà äëèíå âîëíû èçëó÷åíèÿ íàêà÷êè (808 íì) è ìàêñèìóìîì îòðàæå-
íèÿ äëÿ äëèíû âîëíû ãåíåðàöèè (1064 íì), íà âòîðîé òîðåö YAG:Nd3+íàíîñèëîñü ïðîñâåòëÿþùåå ïîêðûòèå äëÿ äëèíû âîëíû ãåíåðàöèè.
Äëÿ íàêà÷êè ÀÝ èñïîëüçîâàëàñü ëàçåðíàÿ äèîäíàÿ ñáîðêà (ËÄÑ) 1 ñ äëèíîé âîëíû èçëó÷åíèÿ 808 íì è âûâîäîì èçëó÷åíèÿ ÷åðåç îïòè÷åñêîå âîëîêíî 2 (äè-
àìåòð ñåðäöåâèíû 400 ìêì). ËÄÑ ãåíåðèðîâàëà èìïóëüñû ìîùíîñòüþ îêîëî 20 Âò â èìïóëüñå, äëèòåëüíîñòüþ ïîðÿäêà 1 ìñ è ÷àñòîòîé ñëåäîâàíèÿ èìïóëü-
ñîâ äî 100 Ãö. Ïîäñòðîéêà äëèíû âîëíû èçëó÷åíèÿ ËÄÑ ïîä ïîëîñó ïîãëîùåíèÿ ÀÝ îñóùåñòâëÿëàñü èçìåíåíèåì òåìïåðàòóðû ËÄÑ. Äëÿ ïðîñòðàíñòâåí-
íîãî ñîãëàñîâàíèÿ ïó÷êà íàêà÷êè ñ îñíîâíîé ìîäîé ðåçîíàòîðà íåîäèìîâîãî ëàçåðà èñïîëüçîâàëàñü ôîêóñèðóþùàÿ ñèñòåìà 3, êîòîðàÿ ïîçâîëÿëà ôîðìèðî-
âàòü ïó÷îê íàêà÷êè ñ äèàìåòðîì â ïåðåòÿæêå 950 ìêì â ñëó÷àå ïðèìåíåíèÿ YVO4:Nd3+ è 600 ìêì ïðè èñïîëüçîâàíèè YAG:Nd3+.
Ðåçîíàòîð ÇÍË äëèíîé 100 ìì îáðàçîâûâàëñÿ ãëóõèì çåðêàëîì 4 ñ ìàêñèìàëüíûì ïðîïóñêàíèåì äëÿ íàêà÷êè è ìàêñèìàëüíûì îòðàæåíèåì äëÿ ãåíå-
ðàöèè è ïîëóïðîçðà÷íûì ïëîñêèì âûõîäíûì 8 çåðêàëîì ñ êîýôôèöèåíòîì îòðàæåíèÿ ïîðÿäêà 50% íà äëèíå âîëíû 1064 íì. Äëÿ ìîäóëÿöèè äîáðîòíîñ-
òè èñïîëüçîâàëñÿ ýëåêòðîîïòè÷åñêèé çàòâîð, ñîäåðæàùèé ïîëÿðèçàòîð 6 è ÿ÷åéêó Ïîêêåëüñà 7.
Ïðè ìîùíîñòè èçëó÷åíèÿ íàêà÷êè, ðàâíîé 20 Âò â
èìïóëüñå, ìàêñèìàëüíûå çíà÷åíèÿ ýíåðãèè èìïóëüñà âûõîäíîãî èçëó÷åíèÿ ñîñòàâëÿëè îêîëî 470 ìêÄæ è îêîëî 600 ìêÄæ ïðè èñïîëüçîâàíèè êðèñòàëëîâ YVO4:Nd3+ è YAG:Nd3+ ñîîòâåòñòâåííî. Ìåíüøåå çíà÷åíèå ýíåðãèè èìïóëüñà èçëó÷åíèÿ ïðè èñïîëüçîâàíèè YVO4:Nd3+, ïî-âèäèìîìó, îáóñëîâëåíî áîëåå êîðîòêèì âðåìåíåì æèçíè âîçáóæäåííîãî ñîñòîÿíèÿ τ ≈ 90 ìêñ è áîëüøèì çíà÷åíèåì ñå÷åíèÿ ñòèìóëèðîâàííûõ ïåðåõîäîâ èñïóñêàíèÿ σ ≈ 25×10–19 ñì2 ïî ñðàâíåíèþ ñ YAG:Nd3+ (τ ≈ 230 ìêñ, σ ≈ 2,8×10–19 ñì2).  ñëó÷àå îòíîñèòåëüíî áîëüøèõ çíà÷åíèé ñå÷åíèÿ
ñòèìóëèðîâàííûõ ïåðåõîäîâ ïðîèñõîäèò ñóùåñòâåí-
íûé ñúåì àêêóìóëèðîâàííîé â ñðåäå ýíåðãèè ïîä âîçäåéñòâèåì óñèëåííîé ëþìèíåñöåíöèè [6]. Ñëåäóåò òàêæå îòìåòèòü, ÷òî äëèòåëüíîñòü èìïóëüñà
èçëó÷åíèÿ íàêà÷êè â íàøèõ ýêñïåðèìåíòàõ çíà÷èòåëüíî ïðåâûøàëà âðåìÿ æèçíè âîçáóæäåííîãî ñîñòîÿíèÿ èîíîâ íåîäèìà äëÿ îáîèõ êðèñòàëëîâ. Ïðåä-
ïîëàãàåòñÿ, ÷òî ýôôåêòèâíîñòü ãåíåðàöèè ÇÍË ìîæíî ïîâûñèòü ïóòåì ñîêðàùåíèÿ äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà íàêà÷êè ïðèìåðíî äî 90 ìêñ ïðè èñïîëüçîâàíèè YVO4:Nd3+ è äî 230 ìêñ äëÿ YAG:Nd3+ [7].
Óñòàíîâëåíî, ÷òî ïðè ïëîòíîñòè íàêà÷êè ïðèáëèçèòåëüíî 2,8 êÂò/ñì2 â ÀÝ èç YVO4:Nd3+ ïðîèñõîäèò ñèëüíàÿ äåïîëÿðèçàöèÿ èçëó÷åíèÿ, îáóñëîâëåííàÿ íàâåäåííûì â êðèñòàëëå YVO4:Nd3+ äâóëó÷åïðåëîìëåíèåì [8]. Äëÿ ñíèæåíèÿ ñòåïåíè äåïîëÿðèçàöèè
äèàìåòð ïó÷êà íàêà÷êè áûë óâåëè÷åí ïðèìåðíî äî 950 ìêì.  êðèñòàëëå YAG:Nd3+ äàííûé ýôôåêò íå íàáëþäàëñÿ, è ïîýòîìó îí âîçáóæäàëñÿ ïó÷êîì íà-
êà÷êè ñ ìåíüøèì äèàìåòðîì îêîëî 600 ìêì.  äàëüíåéøèõ ýêñïåðèìåíòàõ èñïîëüçîâàëñÿ
YAG:Nd3+-ëàçåð, êîòîðûé ãåíåðèðîâàë èìïóëüñû ñ
ýíåðãèåé äî 600 ìêÄæ è äëèòåëüíîñòüþ èìïóëüñîâ 5 íñ.
Óäâîèòåëü ÷àñòîòû. Äëÿ ïðåîáðàçîâàíèÿ èçëó÷åíèÿ YAG:Nd3+-ëàçåðà âî âòîðóþ ãàðìîíèêó èñïîëüçîâàëñÿ êðèñòàëë ÊÒÐ 12 ðàçìåðîì 3×3×7 ìì, âûðåçàííûé â íàïðàâëåíèè θ = 90° è ϕ = 23° äëÿ ôàçîâîãî ñèíõðîíèçìà òèïà II eoe. Äëÿ ïîâîðîòà ïëîñêîñòè ïîëÿðèçàöèè èçëó÷åíèÿ ÇÍË íà 45° îòíîñèòåëüíî êðèñòàëëîôèçè÷åñêîé îñè Z êðèñòàëëà KTP èñ-
ïîëüçîâàëñÿ êâàðöåâûé ðîòàòîð 10. Ëèíçà 11 ñ ôîêóñíûì ðàññòîÿíèåì 150 ìì ôîðìèðîâàëà ïó÷îê ñ äèàìåòðîì ïåðåòÿæêè 300 ìêì è èíòåíñèâíîñòüþ ïîðÿäêà 120 ÌÂò/ñì2.  ïåðåòÿæêå ïó÷êà ðàñïîëàãàëñÿ êðèñòàëë KTP. Èçëó÷åíèå âòîðîé ãàðìîíèêè áûëî ïîëÿðèçîâàíî â ãîðèçîíòàëüíîé ïëîñêîñòè.
Ïîñëå ïðåîáðàçîâàíèÿ â êðèñòàëëå KTP ýíåðãèÿ èìïóëüñîâ âòîðîé ãàðìîíèêè äîñòèãàëà 350 ìêÄæ.
Òèòàí-ñàïôèðîâûé ëàçåð. Äëÿ ýôôåêòèâíîé
ðàáîòû èìïóëüñíîãî òèòàí-ñàïôèðîâîãî ëàçåðà òðåáóþòñÿ ïëîòíîñòè ýíåðãèè èìïóëüñîâ íàêà÷êè îêîëî 1 Äæ/ñì2. Èñõîäÿ èç ýòîãî, ïðè ýíåðãèè èìïóëüñà
íàêà÷êè äî 330 ìêÄæ, äèàìåòð ïó÷êà íàêà÷êè, èñïîëüçóÿ ëèíçó 14 ñ ôîêóñíûì ðàññòîÿíèåì 100 ìì, çàäàâàëñÿ ðàâíûì 205 ìêì.
Êîíôèãóðàöèÿ ðåçîíàòîðà âûáèðàëàñü èç óñëîâèÿ ïðîñòðàíñòâåííîãî ñîãëàñîâàíèÿ ïó÷êà íàêà÷êè ñ îñíîâíîé ìîäîé ðåçîíàòîðà TEM00. Ðåçîíàòîð ëàçåðà ôîðìèðîâàëñÿ ãëóõèì ñôåðè÷åñêèì çåðêàëîì (ñ ðàäèóñîì êðèâèçíû 100 ìì) 15 è âûõîäíûì ïëîñêèì çåðêàëîì 17 ñ êîýôôèöèåíòîì îòðàæåíèÿ ïî-
ðÿäêà 80% â äèàïàçîíå 770–900 íì. Áàçà ðåçîíàòîðà ñîñòàâëÿëà 30 ìì. Âûáîð êîýôôèöèåíòà îòðàæå-
14 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 3, 2009
íèÿ âûõîäíîãî çåðêàëà îñíîâûâàëñÿ íà ðåçóëüòàòàõ ïðåäâàðèòåëüíûõ ðàñ÷åòîâ, âûïîëíåííûõ â ðàìêàõ ïðèâåäåííîé íèæå ìîäåëè.
 ðàáîòå èñïîëüçîâàëèñü äâà ðàçíûõ àêòèâíûõ ýëåìåíòà: ÀÝ ¹ 1 (íåäèñïåðñèîííûé) äëèíîé 10 ìì ñ áðþñòåðîâñêîé îðèåíòàöèåé ãðàíåé è êîíöåíòðàöèåé Ti2O3 ïîðÿäêà 0,15%, è ÀÝ ¹ 2 (äèñïåðñèîííûé) äëèíîé 20 ìì ñ êîíöåíòðàöèåé Ti2O3 ïîðÿäêà 0,07%. Ó àêòèâíîãî ýëåìåíòà ¹ 2 îäèí òîðåö áûë ñðåçàí ïîä óãëîì Áðþñòåðà, à íà âòîðîé òîðåö áûëî íàíåñåíî ïðîñâåòëÿþùåå ïîêðûòèå ñ ìàêñèìàëüíûì ïðîïóñêàíèåì íà λ = 532 íì è 800 íì. Äëèíà àêòèâíûõ ýëåìåíòîâ âûáèðàëàñü, èñõîäÿ èç óñëîâèÿ ïîãëîùåíèÿ 90% èçëó÷åíèÿ íàêà÷êè âíóòðè àêòèâíîé ñðåäû.
Äëÿ îöåíêè ýíåðãåòè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê òèòàíñàïôèðîâîãî ëàçåðà, èñïîëüçîâàëàñü ìîäåëü ëàçåðà, ðàáîòàþùåãî ïî 4-õ óðîâíåâîé ñõåìå [9]. Ñîãëàñíî äàííîìó ïîäõîäó Eãåí è ïèêîâàÿ ìîùíîñòü Ðãåí ãåíåðèðóåìîãî èçëó÷åíèÿ â èìïóëüñå îïðåäåëÿþòñÿ ñëåäóþùèìè ñîîòíîøåíèÿìè:
Eãåí = (γ2/2γ)(∆Nìàêñ − ∆Nïîðîã )Vahνãåí,
(1)
Pãåí
=
γ2
c 2L′
hνãåíQmax ,
(2)
ãäå γ = γi + (γ1 + γ2 )/2 – ïîëíûå ïîòåðè çà ïðîõîä, γ1 = –ln(R1) è γ2 = –ln(R2) – ëîãàðèôìè÷åñêèå ïîòåðè çà ïðîõîä, îáóñëîâëåííûå ïðîïóñêàíèåì çåðêàë,
R1 è R2 – êîýôôèöèåíòû îòðàæåíèÿ çåðêàë, γi = = –ln(1 – Ti) – âíóòðåííèå ëîãàðèôìè÷åñêèå ïîòåðè, Ti – êîýôôèöèåíò âíóòðåííèõ ïîòåðü çà ïðîõîä, Va = (πda2 /4)nla – îáúåì ìîäû TEM00, da – äèàìåòð ìîäû, L′ = L + (n – 1)la – äëèíà îïòè÷åñêîãî ïóòè â ðåçîíàòîðå, L – áàçà ðåçîíàòîðà, n – ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ Al2O3:Ti3+, la – äëèíà àêòèâíîãî ýëåìåíòà, νãåí – ÷àñòîòà èçëó÷åíèÿ ãåíåðàöèè, h – ïîñòîÿííàÿ Ïëàíêà, Qmax – ìàêñèìàëüíî äîñòèãàåìîå ÷èñëî ôîòîíîâ, c – ñêîðîñòü ñâåòà, ∆Nìàêñ è ∆Nïîðîã – ìàêñèìàëüíî äîñòèãàåìûé è ïîðîãîâûé óðîâíè èíâåðñ-
íîé íàñåëåííîñòè, îïðåäåëÿåìûå ñëåäóþùèìè ñî-
îòíîøåíèÿìè:
∆Nìàêñ = ηíàê Eíàê /(Vp hνíàê ),
(3)
∆Nïîðîã = 1/(Va Bτ),
(4)
ãäå ηíàê – ýôôåêòèâíîñòü ïîãëîùåíèÿ èçëó÷åíèÿ íà-
êà÷êè, Eíàê – ýíåðãèÿ èìïóëüñà èçëó÷åíèÿ íàêà÷êè,
Vp
=
(πd
2 p
/ 4)nla
–
îáúåì
àêòèâíîãî
ýëåìåíòà
ïðî-
êà÷èâàåìûé èçëó÷åíèåì íàêà÷êè, dp – äèàìåòð ïó÷-
êà íàêà÷êè, νíàê– ÷àñòîòà èçëó÷åíèÿ íàêà÷êè,
B = σlac/(Va L′) – ñêîðîñòü âûíóæäåííîãî èçëó÷å-
íèÿ íà îäèí ôîòîí â ìîäå, σ – ñå÷åíèå ñòèìóëèðî-
âàííûõ ïåðåõîäîâ èñïóñêàíèÿ, τ – âðåìÿ æèçíè âîç-
áóæäåííîãî ñîñòîÿíèÿ. Âåëè÷èíà Qmax îïðåäåëÿåòñÿ ñîîòíîøåíèåì
Qmax = Va∆Nïîðîã (x − ln(x) − 1),
(5)
ãäå x = ∆Nìàêñ/∆Nïîðîã – ïðåâûøåíèå íàä ïîðîãîì. Îöåíêà äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà ãåíåðàöèè ôãåí ÒÑË
ìîæåò áûòü ïðîâåäåíà èç ñëåäóþùåãî âûðàæåíèÿ:
τãåí = Eãåí/Pãåí.
(6)
Äëèòåëüíîñòü èìïóëüñîâ èçëó÷åíèÿ èçìåðÿëèñü ñ ïîìîùüþ ñêîðîñòíîãî ãåðìàíèåâîãî ôîòîäèîäà ÔÏ-150Ï è öèôðîâîãî îñöèëëîãðàôà Tektronix TDS 3052B. Ýíåðãèÿ èçëó÷åíèÿ èçìåðÿëàñü ñ ïîìîùüþ öèôðîâîãî ïðèáîðà Ophir Laser Star.
Ïàðàìåòð êà÷åñòâà ïó÷êà Ì 2 èçëó÷åíèÿ ÒÑË îïðåäåëÿëñÿ ïî ìåòîäèêå, îñíîâûâàþùåéñÿ íà ãèïåðáîëè÷åñêîé àïïðîêñèìàöèè çàâèñèìîñòè äèàìåòðîâ ïó÷êà îò ðàññòîÿíèÿ â îáëàñòè ïåðåòÿæêè, ôîðìèðóåìîé òîíêîé ëèíçîé. Äèàìåòðû ïó÷êîâ îïðåäåëÿëèñü ìåòîäîì ìîìåíòîâ âòîðîãî ïîðÿäêà ñ èñïîëüçîâàíèåì ïîïåðå÷íûõ ïðîôèëåé ðàñïðåäåëåíèÿ èíòåíñèâíîñòè èçëó÷åíèÿ, ðåãèñòðèðóåìûõ ñ ïîìîùüþ êàìåðû ElectroPhysics 7290 Infrared Vidicon (Coherent) ñ íàáîðîì àòòåíþàòîðîâ, íå èñêàæàþùèõ ïðîôèëü ïó÷êà [10].
Ðåçóëüòàòû è îáñóæäåíèå
Ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ çàâèñèìîñòü ýíåðãèè âûõîäíîãî èçëó÷åíèÿ ÒÑË îò ýíåðãèè èçëó÷åíèÿ íàêà÷êè (âòîðàÿ ãàðìîíèêà) è çàâèñèìîñòü, ïîëó÷åííàÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì âûøåîïèñàííîé ìîäåëè, ïðè èñïîëüçîâàíèè êîýôôèöèåíòà âíóòðåííèõ ïîòåðü çà ïðîõîä Ti, ðàâíîãî 0,03, ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 2. Êàê âèäíî èç ðèñ. 2, ðàñ÷åòíûå äàííûå õîðîøî ñîãëàñóþòñÿ ñ ýêñïåðèìåíòàëüíûìè ðåçóëüòàòàìè. Ïîðîãîâàÿ ïëîòíîñòü ýíåðãèè èìïóëüñîâ íàêà÷êè ÒÑË ñîñòàâèëà 0,4 Äæ/ñì2. Ïðè ìàêñèìàëüíîé ïëîòíîñòè èìïóëüñîâ íàêà÷êè â 1 Äæ/ñì2 ýíåðãèÿ èìïóëüñîâ ãåíåðàöèè áûëà ðàâíà 85 ìÄæ. Âíåøíèé äèôôåðåíöèàëüíûé êâàíòîâûé âûõîä ÒÑË ñîñòàâëÿåò îêîëî 41% (ïî îòíîøåíèþ ê èçëó÷åíèþ âòîðîé ãàðìîíèêè).
Îñöèëëîãðàììà èìïóëüñà, ñïåêòð è ïîïåðå÷íûé ïðîôèëü ðàñïðåäåëåíèÿ èíòåíñèâíîñòè èçëó÷åíèÿ òèòàí-ñàïôèðîâîãî ëàçåðà ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 3. Êàê âèäíî èç ðèñ. 3à, äëèòåëüíîñòü èìïóëüñà èçëó÷åíèÿ ÒÑË ñîñòàâëÿåò 5 íñ. Ïðè èñïîëüçîâàíèè ÀÝ ñ îäíîé áðþñòåðîâñêîé ãðàíüþ ïîëó÷åíà ïåðåñòðîéêà äëèíû âîëíû ãåíåðàöèè â áëèæíåì ÈÊ äèàïàçîíå îò 770 íì äî 840 íì ïîñðåäñòâîì âðàùåíèÿ âûõîäíîãî çåðêàëà. Äèàïàçîí ïåðåñòðîéêè îãðàíè÷èâàëñÿ ñïåêòðàëüíûìè õàðàêòåðèñòèêàìè çåðêàë ðåçîíàòîðà. Òèïè÷íûé ñïåêòð ãåíåðèðóåìîãî èçëó÷åíèÿ ÒÑË
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 3, 2009
15
Åãåí, ìêÄæ
80
60
40
20
0 150 200 250 300 350 Åíàê, ìêÄæ
Ðèñ. 2. Çàâèñèìîñòü ýíåðãèè âûõîäíîãî èçëó÷åíèÿ Eãåí òèòàí-ñàïôèðîâîãî ëàçåðà îò ýíåðãèè èçëó÷åíèÿ íàêà÷êè Eíàê (âòîðàÿ ãàðìîíèêà). Ëèíèåé ïîêàçàíû ðàñ÷åòíûå çíà÷åíèÿ, òî÷êàìè – ýêñïåðèìåíòàëüíî ïîëó÷åííûå äàííûå.
ïðèâåäåí íà ðèñ. 3á. Øèðèíà ñïåêòðà ãåíåðàöèè ñî-
ñòàâëÿåò 14 íì.
Ïîïåðå÷íûå ïðîôèëè ðàñïðåäåëåíèÿ èíòåíñèâíî-
ñòè èçëó÷åíèÿ ÒÑË äëÿ íåäèñïåðñèîííîãî è äèñïåð-
ñèîííîãî ÀÝ ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 3â è ðèñ. 3ã ñîîò-
âåòñòâåííî. Íà îñíîâàíèè ãèïåðáîëè÷åñêîé àï-
ïðîêñèìàöèè çàâèñèìîñòè äèàìåòðîâ ïó÷êà îò
ðàññòîÿíèÿ â îáëàñòè ïåðåòÿæêè, ôîðìèðóåìîé òîí-
êîé ëèíçîé, îïðåäåëåí ïàðàìåòð êà÷åñòâà ïó÷êà M 2.
 ñõåìå ñ íåäèñïåðñèîííûì àêòèâíûì ýëåìåíòîì
M 2 = 1,1. Ïðè èñïîëüçîâàíèè äèñïåðñèîííîãî ÀÝ ïî-
ïåðå÷íûé ïðîôèëü ðàñïðåäåëåíèÿ èíòåíñèâíîñòè èç-
ëó÷åíèÿ ÒÑË íå ÿâëÿëñÿ êðóãîâûì, ïîýòîìó ïàðà-
ìåòð êà÷åñòâà M 2 ãåíåðèðóåìîãî ïó÷êà èçìåðÿëñÿ â
äâóõ âçàèìíî îðòîãîíàëüíûõ íàïðàâëåíèÿõ, ñîîòâåò-
ñòâóþùèõ ìèíèìàëüíîìó (Ox) è ìàêñèìàëüíîìó (Oy)
ðàçìåðàì ïó÷êà. Çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ êà÷åñòâà ïó÷êà
â äàííîì ñëó÷àå âî âçàèìíî îðòîãîíàëüíûõ íàïðàâ-
ëåíèÿõ
ñîñòàâèëè
M
2 x
=
1,4
è
M
2 y
=
2,4.
I, îòí. åä. 0,8
(à)
(â)
5 íñ 0,4
00 I, îòí. åä. 0,8
0,4
10 20 I, íñ (á)
14 íñ
(ã)
0 800 810 820 830 λ, íì
Ðèñ. 3. Õàðàêòåðèñòèêè âûõîäíîãî èçëó÷åíèÿ òèòàí-ñàïôèðîâîãî ëàçåðà. à – îñöèëëîãðàììà èìïóëüñà èçëó÷åíèÿ, á – ñïåêòð ãåíåðàöèè, â – ïîïåðå÷íûé ïðîôèëü ðàñïðåäåëåíèÿ èíòåíñèâíîñòè èçëó÷åíèÿ äëÿ íåäèñïåðñèîííîãî ÀÝ, ã – ïîïåðå÷íûé ïðîôèëü ðàñïðåäåëåíèÿ èíòåíñèâíîñòè èçëó÷åíèÿ äëÿ äèñïåðñèîííîãî ÀÝ.
16 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 3, 2009
Çàêëþ÷åíèå
Ðàçðàáîòàí è ñîçäàí êîìïàêòíûé ýôôåêòèâíûé
ïåðåñòðàèâàåìûé èñòî÷íèê ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ íà
îñíîâå êðèñòàëëà òèòàí-ñàïôèðà, íàêà÷èâàåìîãî èç-
ëó÷åíèåì âòîðîé ãàðìîíèêè íåîäèìîâîãî ëàçåðà ñ
ïðîäîëüíîé äèîäíîé íàêà÷êîé. Ìàêñèìàëüíàÿ ýíåð-
ãèÿ èìïóëüñîâ èçëó÷åíèÿ ÒÑË ñîñòàâëÿåò 85 ìêÄæ
ïðè äëèòåëüíîñòè 5 íñ è âíåøíåì äèôôåðåíöèàëü-
íîì êâàíòîâîì âûõîäå 41%. Çíà÷åíèå ýíåðãèè èì-
ïóëüñà âûõîäíîãî èçëó÷åíèÿ ñîçäàííîãî òèòàí-ñàï-
ôèðîâîãî ëàçåðà ñ ïðîäîëüíîé äèîäíîé íàêà÷êîé
ñîïîñòàâèìî ïî ïîðÿäêó âåëè÷èíû ñî çíà÷åíèÿìè,
ïîëó÷àåìûìè ïðè èñïîëüçîâàíèè â êà÷åñòâå çàäàþ-
ùåãî èñòî÷íèêà íåîäèìîâîãî ëàçåðà ñ ïîïåðå÷íîé
äèîäíîé íàêà÷êîé, ÷òî äåëàåò åãî áîëåå ïðèâëåêà-
òåëüíûì ñ òî÷êè çðåíèÿ ïðîñòîòû, êîìïàêòíîñòè è
ýôôåêòèâíîñòè. Ïàðàìåòð êà÷åñòâà âûõîäíîãî ïó÷-
êà ñîçäàííîãî òèòàí-ñàïôèðîâîãî ëàçåðà ñîñòàâëÿåò
M 2 = 1,1 ïðè èñïîëüçîâàíèè íåäèñïåðñèîííîãî àê-
òèâíîãî ýëåìåíòà. Ïðè èñïîëüçîâàíèè äèñïåðñèîí-
íîãî àêòèâíîãî ýëåìåíòà ïàðàìåòðû êà÷åñòâà
ñîñòàâëÿþò
M
2 x
=
1,4
è
M
2 y
=
2,4.
ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ
11. Áîðåéøî À.Ñ., Êîíÿåâ Ì.À., Ìîðîçîâ À.Â., Ïèêóëèê À.Â., Ñàâèí À.Â., Òðèëèñ À.Â., ×àê÷èð Ñ.ß., Áîéêî Í.È., Âëàñîâ Þ.Í., Íèêèòàåâ Ñ.Ï., Ðîæíîâ À.Â. Ìîáèëüíûå ìíîãîâîëíîâûå ëèäàðíûå êîìïëåêñû // Êâàíò. ýëåêòðîí. 2005. Ò. 35. ¹ 12. Ñ. 1167–1178.
12. Denker B., Galagan B., Ivleva L., Osiko V., Sverchkov S., Voronina I., Hellstrom J.E., Karlsson G., Laurell F. Luminescent and laser properties of Yb-Er:GdCa4O(BO3)3: a new crystal for eye-safe 1.5-ìm lasers // Appl. Phys. B. 2004. P. 577–581.
13. Guerra D.V., Coyle D.B., Krebs D.J. A completely solid state Ti:sapphire laser system for lidar and atmospheric spectroscopy // Measurement Science and Technology. 1994. P. 1306–1308.
14. Steele T.R., Gerstaberger D.C., Drobshoff A., Wallace R.W. Broadly tunable high-power operation of an all-solid-state titanium-doped sapphire laser system // Opt. Lett. 1991. V. 16. ¹ 6. P. 399–401.
15. Marker G.T., Ferguson A.I. Ti:sapphire laser pumped by a frequency-doubled diode-pumped Nd:YLF laser // Opt. Lett. 1990. V. 15. ¹ 7. P. 375–377.
16. Áîãàòîâ À.Ï., Äðàêèí À.Å., Ìèêàåëÿí Ã.Ò., Ìèôòàõóòäèíîâ Ä.Ð., Ñòàäíè÷óê Â.È., Ñòàðîäóá À.Í. Ýôôåêòèâíîñòü ðåçîíàíñíîé íàêà÷êè è îïòè÷åñêîå óñèëåíèå â ôîñôàòíîì Nd-ñòåêëå ïðè âîçáóæäåíèè èçëó÷åíèåì äèîäíûõ ìàòðèö // Êâàíò. ýëåêòðîí. 2006. Ò. 36. ¹ 4. Ñ. 302–308.
17. Çâåðåâ Ã.Ì., Ãîëÿåâ Þ.Ä., Øàëàåâ Å.À. Ëàçåðû íà àëþìîèòòðèåâîì ãðàíàòå ñ íåîäèìîì. Ì.: Ðàäèî è ñâÿçü, 1985.
18. Koechner W. Solid-State Laser Engineering. Berlin: Springer, 2006. 508 ð.
19. Çâåëòî Î. Ïðèíöèïû ëàçåðîâ. Ì.: Ìèð, 1984. 197 ñ.
10. Ðÿáöåâ Ã.È., Áîãäàíîâè÷ Ì.Â., Åíæèåâñêèé À.È., Ïàðàùóê Â.Â., Áóðîâ Ë.È., Ùåìåëåâ Ì.À., Ðÿáöåâ À.Ã., Ìàøêî Â.Â., Òåïëÿøèí Ë.Ë., Êðàñêîâñêèé À.Ñ. Ïðîñòðàíñòâåííûå è ïîëÿðèçàöèîííûå ñâîéñòâà âûõîäíîãî ïó÷êà ýðáèé-èòòåðáèåâîãî ëàçåðà ñ ïîïåðå÷íîé äèîäíîé íàêà÷êîé // Îïòè÷åñêèé æóðíàë. 2006. Ò. 73. ¹ 5. Ñ. 10–14.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 3, 2009
17
ÓÄÊ 535:621.373.8; 535:621.375.8
ÒÈÒÀÍ-ÑÀÏÔÈÐÎÂÛÉ ËÀÇÅÐ, ÍÀÊÀ×ÈÂÀÅÌÛÉ ÈÇËÓ×ÅÍÈÅÌ ÂÒÎÐÎÉ ÃÀÐÌÎÍÈÊÈ ÍÅÎÄÈÌÎÂÎÃÎ ËÀÇÅÐÀ Ñ ÏÐÎÄÎËÜÍÎÉ ÄÈÎÄÍÎÉ ÍÀÊÀ×ÊÎÉ
2009 ã. 2009 ã. 2009 ã.
Ã. È. Ðÿáöåâ*, äîêòîð ôèç.-ìàò. íàóê; Ì. Â. Áîãäàíîâè÷*; À. È. Åíæèåâñêèé*; Ë. Ë. Òåïëÿøèí*, êàíä. ôèç.-ìàò. íàóê; À. Ã. Ðÿáöåâ**; Ì. À. Ùåìåëåâ**; À. Â. Ïîæèäàåâ**; Í. Â. Êîíäðàòþê***, êàíä. ôèç.-ìàò. íàóê
*** Èíñòèòóò ôèçèêè èì. Á.È.Ñòåïàíîâà ÍÀÍ Áåëîðóññèè, Ìèíñê, Áåëîðóññèÿ
*** Áåëîðóññêèé ãîñóäàðñòâåííûé óíèâåðñèòåò, Ìèíñê, Áåëîðóññèÿ
*** Áåëîðóññêèé Íàöèîíàëüíûé òåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò, Ìèíñê, Áåëîðóññèÿ
*** Å-mail: ryabtsev@dragon.bas-net.by
Ñîçäàí êîìïàêòíûé ïåðåñòðàèâàåìûé èñòî÷íèê ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ íà îñíîâå êðèñòàëëà Al2O3:Ti3+ ñ ýíåðãèåé â èìïóëüñå äî 85 ìêÄæ, äëèòåëüíîñòüþ 5 íñ è ïàðàìåòðîì M 2 ïîðÿäêà 1,1, íàêà÷èâàåìûé èçëó÷åíèåì âòîðîé ãàðìîíèêè íåîäèìîâîãî ëàçåðà ñ ïðîäîëüíîé äèîäíîé íàêà÷êîé. Äëÿ ïðåîáðàçîâàíèÿ èçëó÷åíèÿ íåîäèìîâîãî ëàçåðà âî âòîðóþ ãàðìîíèêó èñïîëüçîâàëñÿ êðèñòàëë ÊÒÐ ñ ýôôåêòèâíîñòüþ ïðåîáðàçîâàíèÿ 58%. Âíåøíèé äèôôåðåíöèàëüíûé êâàíòîâûé âûõîä òèòàí-ñàïôèðîâîãî ëàçåðà ïî îòíîøåíèþ ê èçëó÷åíèþ âòîðîé ãàðìîíèêè ñîñòàâèë 41%.
Êîäû OCIS: 140.3480, 140.3530, 140.3590.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 01.07.2008.
Ââåäåíèå
Ëàçåðíûå èñòî÷íèêè èçëó÷åíèÿ íà îñíîâå êðèñòàëëà òèòàí-ñàïôèðà (Al2O3:Ti3+), ñ ïåðåñòðàèâàåìîé äëèíîé âîëíû ãåíåðàöèè â äèàïàçîíå 650–1100 íì, øèðîêî ïðèìåíÿþòñÿ â ëèäàðíûõ ñèñòåìàõ è ñïåêòðîñêîïèè [1, 2]. Çíà÷èòåëüíîãî ïîâûøåíèÿ ýôôåêòèâíîñòè ïðè ñíèæåíèè ãàáàðèòîâ òèòàí-ñàïôèðîâîãî ëàçåðà (ÒÑË) óäàëîñü äîñòè÷ü ïóòåì ïðèìåíåíèÿ áëîêîâ äèîäíîé íàêà÷êè äëÿ çàäàþùèõ íåîäèìîâûõ ëàçåðîâ (ÇÍË) [3]. Ïî èìåþùèìñÿ ëèòåðàòóðíûì äàííûì ñîçäàíû êîìïàêòíûå ÒÑË ñ ýíåðãèåé âûõîäíîãî èìïóëüñà äî 720 ìêÄæ ïðè ïîïåðå÷íîé [4] è 1,3 ìêÄæ è ïðè ïðîäîëüíîé [5] äèîäíîé íàêà÷êå ÇÍË.
Íàñòîÿùàÿ ñòàòüÿ ïîñâÿùåíà ðàçðàáîòêå ýôôåêòèâíîãî òèòàí-ñàïôèðîâîãî ëàçåðà, íàêà÷èâàåìîãî èçëó÷åíèåì âòîðîé ãàðìîíèêè íåîäèìîâîãî ëàçåðà ñ ïðîäîëüíîé äèîäíîé íàêà÷êîé, à òàêæå èññëåäîâàíèþ åãî ýíåðãåòè÷åñêèõ, âðåìåííûõ, ñïåêòðàëüíûõ è ïðîñòðàíñòâåííûõ õàðàêòåðèñòèê.
Ýêñïåðèìåíò è ìîäåëèðîâàíèå òèòàí-ñàïôèðîâîãî ëàçåðà
Ñõåìà òèòàí-ñàïôèðîâîãî ëàçåðà ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 1. ÒÑË âêëþ÷àåò ÇÍË ñ ïðîäîëüíîé äèîäíîé íàêà÷êîé, óäâîèòåëü ÷àñòîòû íà êðèñòàëëå ÊÒÐ è ïåðåñòðàèâàåìûé ëàçåð íà êðèñòàëëå Al2O3:Ti3+.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 3, 2009
48
2 3 567
9
10 1 11
17 15 14
16
12 13
Ðèñ. 1. Ñõåìà òèòàí-ñàïôèðîâîãî ëàçåðà, íàêà÷èâà-
åìîãî èçëó÷åíèåì âòîðîé ãàðìîíèêè íåîäèìîâîãî
ëàçåðà ñ äèîäíîé íàêà÷êîé. 1 – ëàçåðíàÿ äèîäíàÿ ñáîð-
êà, 2 – îïòè÷åñêîå âîëîêíî, 3 – ôîêóñèðóþùàÿ ñèñòå-
ìà, 4 – ãëóõîå çåðêàëî íåîäèìîâîãî ëàçåðà, 5 – ÀÝ
íåîäèìîâîãî ëàçåðà, 6 – ïîëÿðèçàòîð, 7 – ÿ÷åéêà
Ïîêêåëüñà, 8 – âûõîäíîå çåðêàëî íåîäèìîâîãî ëàçå-
ðà, 9 – ïîâîðîòíàÿ ïëàñòèíêà, 10 – êâàðöåâûé ðîòà-
òîð ïëîñêîñòè ïîëÿðèçàöèè, 11 – ëèíçà, 12 – êðèñ-
òàëë ÊÒÐ, 13 – ïîâîðîòíàÿ ïëàñòèíêà, 14 – ëèíçà, 15
–ýëãåëìóåõíîòåAçlå2Oðê3:àTëiî3+A, 1l72O–3â:Tûiõ3+î-äëíàîçååðçàå,ðê1à6ë–î
àêòèâíûé Al2O3:Ti3+-
ëàçåðà.
13
Çàäàþùèé íåîäèìîâûé ëàçåð. Â íàñòîÿùåé ðà-
áîòå ïðîâîäèëèñü èññëåäîâàíèÿ ãåíåðàöèîííûõ õàðàêòåðèñòèê ÇÍË íà îñíîâå îðòîâàíàäàòà èòòðèÿ (YVO4:Nd3+) è àëþìîèòòðèåâîãî ãðàíàòà (YAG:Nd3+) ñ ïðîäîëüíîé äèîäíîé íàêà÷êîé â ðåæèìå ìîäóëèðîâàííîé äîáðîòíîñòè. Êîíöåíòðàöèÿ èîíîâ íåîäèìà â YVO4:Nd3+ è YAG:Nd3+ ñîñòàâëÿëà 0,4 è 0,8 àò.% ñîîòâåòñòâåííî. Àêòèâíûé ýëåìåíò (ÀÝ) íà îñíîâå YVO4:Nd3+ ïðåäñòàâëÿë ñîáîé ïàðàëëåëåïèïåä 4×4×8 ìì ñ ïðîñâåòëåííûìè òîðöàìè äëÿ èçëó÷åíèÿ íàêà÷êè ñ äëèíîé âîëíû λ = 808 íì è ãåíåðàöèè ñ λ = 1064 íì. ÀÝ íà îñíîâå YAG:Nd3+ áûë âûïîëíåí â âèäå ñòåðæíÿ äèàìåòðîì 4 ìì è äëèíîé 7 ìì. Íà îäèí èç òîðöîâ YAG:Nd3+ íàíîñèëîñü äèýëåêòðè÷åñêîå ïîêðûòèå ñ ìàêñèìóìîì ïðîïóñêàíèÿ íà äëèíå âîëíû èçëó÷åíèÿ íàêà÷êè (808 íì) è ìàêñèìóìîì îòðàæå-
íèÿ äëÿ äëèíû âîëíû ãåíåðàöèè (1064 íì), íà âòîðîé òîðåö YAG:Nd3+íàíîñèëîñü ïðîñâåòëÿþùåå ïîêðûòèå äëÿ äëèíû âîëíû ãåíåðàöèè.
Äëÿ íàêà÷êè ÀÝ èñïîëüçîâàëàñü ëàçåðíàÿ äèîäíàÿ ñáîðêà (ËÄÑ) 1 ñ äëèíîé âîëíû èçëó÷åíèÿ 808 íì è âûâîäîì èçëó÷åíèÿ ÷åðåç îïòè÷åñêîå âîëîêíî 2 (äè-
àìåòð ñåðäöåâèíû 400 ìêì). ËÄÑ ãåíåðèðîâàëà èìïóëüñû ìîùíîñòüþ îêîëî 20 Âò â èìïóëüñå, äëèòåëüíîñòüþ ïîðÿäêà 1 ìñ è ÷àñòîòîé ñëåäîâàíèÿ èìïóëü-
ñîâ äî 100 Ãö. Ïîäñòðîéêà äëèíû âîëíû èçëó÷åíèÿ ËÄÑ ïîä ïîëîñó ïîãëîùåíèÿ ÀÝ îñóùåñòâëÿëàñü èçìåíåíèåì òåìïåðàòóðû ËÄÑ. Äëÿ ïðîñòðàíñòâåí-
íîãî ñîãëàñîâàíèÿ ïó÷êà íàêà÷êè ñ îñíîâíîé ìîäîé ðåçîíàòîðà íåîäèìîâîãî ëàçåðà èñïîëüçîâàëàñü ôîêóñèðóþùàÿ ñèñòåìà 3, êîòîðàÿ ïîçâîëÿëà ôîðìèðî-
âàòü ïó÷îê íàêà÷êè ñ äèàìåòðîì â ïåðåòÿæêå 950 ìêì â ñëó÷àå ïðèìåíåíèÿ YVO4:Nd3+ è 600 ìêì ïðè èñïîëüçîâàíèè YAG:Nd3+.
Ðåçîíàòîð ÇÍË äëèíîé 100 ìì îáðàçîâûâàëñÿ ãëóõèì çåðêàëîì 4 ñ ìàêñèìàëüíûì ïðîïóñêàíèåì äëÿ íàêà÷êè è ìàêñèìàëüíûì îòðàæåíèåì äëÿ ãåíå-
ðàöèè è ïîëóïðîçðà÷íûì ïëîñêèì âûõîäíûì 8 çåðêàëîì ñ êîýôôèöèåíòîì îòðàæåíèÿ ïîðÿäêà 50% íà äëèíå âîëíû 1064 íì. Äëÿ ìîäóëÿöèè äîáðîòíîñ-
òè èñïîëüçîâàëñÿ ýëåêòðîîïòè÷åñêèé çàòâîð, ñîäåðæàùèé ïîëÿðèçàòîð 6 è ÿ÷åéêó Ïîêêåëüñà 7.
Ïðè ìîùíîñòè èçëó÷åíèÿ íàêà÷êè, ðàâíîé 20 Âò â
èìïóëüñå, ìàêñèìàëüíûå çíà÷åíèÿ ýíåðãèè èìïóëüñà âûõîäíîãî èçëó÷åíèÿ ñîñòàâëÿëè îêîëî 470 ìêÄæ è îêîëî 600 ìêÄæ ïðè èñïîëüçîâàíèè êðèñòàëëîâ YVO4:Nd3+ è YAG:Nd3+ ñîîòâåòñòâåííî. Ìåíüøåå çíà÷åíèå ýíåðãèè èìïóëüñà èçëó÷åíèÿ ïðè èñïîëüçîâàíèè YVO4:Nd3+, ïî-âèäèìîìó, îáóñëîâëåíî áîëåå êîðîòêèì âðåìåíåì æèçíè âîçáóæäåííîãî ñîñòîÿíèÿ τ ≈ 90 ìêñ è áîëüøèì çíà÷åíèåì ñå÷åíèÿ ñòèìóëèðîâàííûõ ïåðåõîäîâ èñïóñêàíèÿ σ ≈ 25×10–19 ñì2 ïî ñðàâíåíèþ ñ YAG:Nd3+ (τ ≈ 230 ìêñ, σ ≈ 2,8×10–19 ñì2).  ñëó÷àå îòíîñèòåëüíî áîëüøèõ çíà÷åíèé ñå÷åíèÿ
ñòèìóëèðîâàííûõ ïåðåõîäîâ ïðîèñõîäèò ñóùåñòâåí-
íûé ñúåì àêêóìóëèðîâàííîé â ñðåäå ýíåðãèè ïîä âîçäåéñòâèåì óñèëåííîé ëþìèíåñöåíöèè [6]. Ñëåäóåò òàêæå îòìåòèòü, ÷òî äëèòåëüíîñòü èìïóëüñà
èçëó÷åíèÿ íàêà÷êè â íàøèõ ýêñïåðèìåíòàõ çíà÷èòåëüíî ïðåâûøàëà âðåìÿ æèçíè âîçáóæäåííîãî ñîñòîÿíèÿ èîíîâ íåîäèìà äëÿ îáîèõ êðèñòàëëîâ. Ïðåä-
ïîëàãàåòñÿ, ÷òî ýôôåêòèâíîñòü ãåíåðàöèè ÇÍË ìîæíî ïîâûñèòü ïóòåì ñîêðàùåíèÿ äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà íàêà÷êè ïðèìåðíî äî 90 ìêñ ïðè èñïîëüçîâàíèè YVO4:Nd3+ è äî 230 ìêñ äëÿ YAG:Nd3+ [7].
Óñòàíîâëåíî, ÷òî ïðè ïëîòíîñòè íàêà÷êè ïðèáëèçèòåëüíî 2,8 êÂò/ñì2 â ÀÝ èç YVO4:Nd3+ ïðîèñõîäèò ñèëüíàÿ äåïîëÿðèçàöèÿ èçëó÷åíèÿ, îáóñëîâëåííàÿ íàâåäåííûì â êðèñòàëëå YVO4:Nd3+ äâóëó÷åïðåëîìëåíèåì [8]. Äëÿ ñíèæåíèÿ ñòåïåíè äåïîëÿðèçàöèè
äèàìåòð ïó÷êà íàêà÷êè áûë óâåëè÷åí ïðèìåðíî äî 950 ìêì.  êðèñòàëëå YAG:Nd3+ äàííûé ýôôåêò íå íàáëþäàëñÿ, è ïîýòîìó îí âîçáóæäàëñÿ ïó÷êîì íà-
êà÷êè ñ ìåíüøèì äèàìåòðîì îêîëî 600 ìêì.  äàëüíåéøèõ ýêñïåðèìåíòàõ èñïîëüçîâàëñÿ
YAG:Nd3+-ëàçåð, êîòîðûé ãåíåðèðîâàë èìïóëüñû ñ
ýíåðãèåé äî 600 ìêÄæ è äëèòåëüíîñòüþ èìïóëüñîâ 5 íñ.
Óäâîèòåëü ÷àñòîòû. Äëÿ ïðåîáðàçîâàíèÿ èçëó÷åíèÿ YAG:Nd3+-ëàçåðà âî âòîðóþ ãàðìîíèêó èñïîëüçîâàëñÿ êðèñòàëë ÊÒÐ 12 ðàçìåðîì 3×3×7 ìì, âûðåçàííûé â íàïðàâëåíèè θ = 90° è ϕ = 23° äëÿ ôàçîâîãî ñèíõðîíèçìà òèïà II eoe. Äëÿ ïîâîðîòà ïëîñêîñòè ïîëÿðèçàöèè èçëó÷åíèÿ ÇÍË íà 45° îòíîñèòåëüíî êðèñòàëëîôèçè÷åñêîé îñè Z êðèñòàëëà KTP èñ-
ïîëüçîâàëñÿ êâàðöåâûé ðîòàòîð 10. Ëèíçà 11 ñ ôîêóñíûì ðàññòîÿíèåì 150 ìì ôîðìèðîâàëà ïó÷îê ñ äèàìåòðîì ïåðåòÿæêè 300 ìêì è èíòåíñèâíîñòüþ ïîðÿäêà 120 ÌÂò/ñì2.  ïåðåòÿæêå ïó÷êà ðàñïîëàãàëñÿ êðèñòàëë KTP. Èçëó÷åíèå âòîðîé ãàðìîíèêè áûëî ïîëÿðèçîâàíî â ãîðèçîíòàëüíîé ïëîñêîñòè.
Ïîñëå ïðåîáðàçîâàíèÿ â êðèñòàëëå KTP ýíåðãèÿ èìïóëüñîâ âòîðîé ãàðìîíèêè äîñòèãàëà 350 ìêÄæ.
Òèòàí-ñàïôèðîâûé ëàçåð. Äëÿ ýôôåêòèâíîé
ðàáîòû èìïóëüñíîãî òèòàí-ñàïôèðîâîãî ëàçåðà òðåáóþòñÿ ïëîòíîñòè ýíåðãèè èìïóëüñîâ íàêà÷êè îêîëî 1 Äæ/ñì2. Èñõîäÿ èç ýòîãî, ïðè ýíåðãèè èìïóëüñà
íàêà÷êè äî 330 ìêÄæ, äèàìåòð ïó÷êà íàêà÷êè, èñïîëüçóÿ ëèíçó 14 ñ ôîêóñíûì ðàññòîÿíèåì 100 ìì, çàäàâàëñÿ ðàâíûì 205 ìêì.
Êîíôèãóðàöèÿ ðåçîíàòîðà âûáèðàëàñü èç óñëîâèÿ ïðîñòðàíñòâåííîãî ñîãëàñîâàíèÿ ïó÷êà íàêà÷êè ñ îñíîâíîé ìîäîé ðåçîíàòîðà TEM00. Ðåçîíàòîð ëàçåðà ôîðìèðîâàëñÿ ãëóõèì ñôåðè÷åñêèì çåðêàëîì (ñ ðàäèóñîì êðèâèçíû 100 ìì) 15 è âûõîäíûì ïëîñêèì çåðêàëîì 17 ñ êîýôôèöèåíòîì îòðàæåíèÿ ïî-
ðÿäêà 80% â äèàïàçîíå 770–900 íì. Áàçà ðåçîíàòîðà ñîñòàâëÿëà 30 ìì. Âûáîð êîýôôèöèåíòà îòðàæå-
14 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 3, 2009
íèÿ âûõîäíîãî çåðêàëà îñíîâûâàëñÿ íà ðåçóëüòàòàõ ïðåäâàðèòåëüíûõ ðàñ÷åòîâ, âûïîëíåííûõ â ðàìêàõ ïðèâåäåííîé íèæå ìîäåëè.
 ðàáîòå èñïîëüçîâàëèñü äâà ðàçíûõ àêòèâíûõ ýëåìåíòà: ÀÝ ¹ 1 (íåäèñïåðñèîííûé) äëèíîé 10 ìì ñ áðþñòåðîâñêîé îðèåíòàöèåé ãðàíåé è êîíöåíòðàöèåé Ti2O3 ïîðÿäêà 0,15%, è ÀÝ ¹ 2 (äèñïåðñèîííûé) äëèíîé 20 ìì ñ êîíöåíòðàöèåé Ti2O3 ïîðÿäêà 0,07%. Ó àêòèâíîãî ýëåìåíòà ¹ 2 îäèí òîðåö áûë ñðåçàí ïîä óãëîì Áðþñòåðà, à íà âòîðîé òîðåö áûëî íàíåñåíî ïðîñâåòëÿþùåå ïîêðûòèå ñ ìàêñèìàëüíûì ïðîïóñêàíèåì íà λ = 532 íì è 800 íì. Äëèíà àêòèâíûõ ýëåìåíòîâ âûáèðàëàñü, èñõîäÿ èç óñëîâèÿ ïîãëîùåíèÿ 90% èçëó÷åíèÿ íàêà÷êè âíóòðè àêòèâíîé ñðåäû.
Äëÿ îöåíêè ýíåðãåòè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê òèòàíñàïôèðîâîãî ëàçåðà, èñïîëüçîâàëàñü ìîäåëü ëàçåðà, ðàáîòàþùåãî ïî 4-õ óðîâíåâîé ñõåìå [9]. Ñîãëàñíî äàííîìó ïîäõîäó Eãåí è ïèêîâàÿ ìîùíîñòü Ðãåí ãåíåðèðóåìîãî èçëó÷åíèÿ â èìïóëüñå îïðåäåëÿþòñÿ ñëåäóþùèìè ñîîòíîøåíèÿìè:
Eãåí = (γ2/2γ)(∆Nìàêñ − ∆Nïîðîã )Vahνãåí,
(1)
Pãåí
=
γ2
c 2L′
hνãåíQmax ,
(2)
ãäå γ = γi + (γ1 + γ2 )/2 – ïîëíûå ïîòåðè çà ïðîõîä, γ1 = –ln(R1) è γ2 = –ln(R2) – ëîãàðèôìè÷åñêèå ïîòåðè çà ïðîõîä, îáóñëîâëåííûå ïðîïóñêàíèåì çåðêàë,
R1 è R2 – êîýôôèöèåíòû îòðàæåíèÿ çåðêàë, γi = = –ln(1 – Ti) – âíóòðåííèå ëîãàðèôìè÷åñêèå ïîòåðè, Ti – êîýôôèöèåíò âíóòðåííèõ ïîòåðü çà ïðîõîä, Va = (πda2 /4)nla – îáúåì ìîäû TEM00, da – äèàìåòð ìîäû, L′ = L + (n – 1)la – äëèíà îïòè÷åñêîãî ïóòè â ðåçîíàòîðå, L – áàçà ðåçîíàòîðà, n – ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ Al2O3:Ti3+, la – äëèíà àêòèâíîãî ýëåìåíòà, νãåí – ÷àñòîòà èçëó÷åíèÿ ãåíåðàöèè, h – ïîñòîÿííàÿ Ïëàíêà, Qmax – ìàêñèìàëüíî äîñòèãàåìîå ÷èñëî ôîòîíîâ, c – ñêîðîñòü ñâåòà, ∆Nìàêñ è ∆Nïîðîã – ìàêñèìàëüíî äîñòèãàåìûé è ïîðîãîâûé óðîâíè èíâåðñ-
íîé íàñåëåííîñòè, îïðåäåëÿåìûå ñëåäóþùèìè ñî-
îòíîøåíèÿìè:
∆Nìàêñ = ηíàê Eíàê /(Vp hνíàê ),
(3)
∆Nïîðîã = 1/(Va Bτ),
(4)
ãäå ηíàê – ýôôåêòèâíîñòü ïîãëîùåíèÿ èçëó÷åíèÿ íà-
êà÷êè, Eíàê – ýíåðãèÿ èìïóëüñà èçëó÷åíèÿ íàêà÷êè,
Vp
=
(πd
2 p
/ 4)nla
–
îáúåì
àêòèâíîãî
ýëåìåíòà
ïðî-
êà÷èâàåìûé èçëó÷åíèåì íàêà÷êè, dp – äèàìåòð ïó÷-
êà íàêà÷êè, νíàê– ÷àñòîòà èçëó÷åíèÿ íàêà÷êè,
B = σlac/(Va L′) – ñêîðîñòü âûíóæäåííîãî èçëó÷å-
íèÿ íà îäèí ôîòîí â ìîäå, σ – ñå÷åíèå ñòèìóëèðî-
âàííûõ ïåðåõîäîâ èñïóñêàíèÿ, τ – âðåìÿ æèçíè âîç-
áóæäåííîãî ñîñòîÿíèÿ. Âåëè÷èíà Qmax îïðåäåëÿåòñÿ ñîîòíîøåíèåì
Qmax = Va∆Nïîðîã (x − ln(x) − 1),
(5)
ãäå x = ∆Nìàêñ/∆Nïîðîã – ïðåâûøåíèå íàä ïîðîãîì. Îöåíêà äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà ãåíåðàöèè ôãåí ÒÑË
ìîæåò áûòü ïðîâåäåíà èç ñëåäóþùåãî âûðàæåíèÿ:
τãåí = Eãåí/Pãåí.
(6)
Äëèòåëüíîñòü èìïóëüñîâ èçëó÷åíèÿ èçìåðÿëèñü ñ ïîìîùüþ ñêîðîñòíîãî ãåðìàíèåâîãî ôîòîäèîäà ÔÏ-150Ï è öèôðîâîãî îñöèëëîãðàôà Tektronix TDS 3052B. Ýíåðãèÿ èçëó÷åíèÿ èçìåðÿëàñü ñ ïîìîùüþ öèôðîâîãî ïðèáîðà Ophir Laser Star.
Ïàðàìåòð êà÷åñòâà ïó÷êà Ì 2 èçëó÷åíèÿ ÒÑË îïðåäåëÿëñÿ ïî ìåòîäèêå, îñíîâûâàþùåéñÿ íà ãèïåðáîëè÷åñêîé àïïðîêñèìàöèè çàâèñèìîñòè äèàìåòðîâ ïó÷êà îò ðàññòîÿíèÿ â îáëàñòè ïåðåòÿæêè, ôîðìèðóåìîé òîíêîé ëèíçîé. Äèàìåòðû ïó÷êîâ îïðåäåëÿëèñü ìåòîäîì ìîìåíòîâ âòîðîãî ïîðÿäêà ñ èñïîëüçîâàíèåì ïîïåðå÷íûõ ïðîôèëåé ðàñïðåäåëåíèÿ èíòåíñèâíîñòè èçëó÷åíèÿ, ðåãèñòðèðóåìûõ ñ ïîìîùüþ êàìåðû ElectroPhysics 7290 Infrared Vidicon (Coherent) ñ íàáîðîì àòòåíþàòîðîâ, íå èñêàæàþùèõ ïðîôèëü ïó÷êà [10].
Ðåçóëüòàòû è îáñóæäåíèå
Ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ çàâèñèìîñòü ýíåðãèè âûõîäíîãî èçëó÷åíèÿ ÒÑË îò ýíåðãèè èçëó÷åíèÿ íàêà÷êè (âòîðàÿ ãàðìîíèêà) è çàâèñèìîñòü, ïîëó÷åííàÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì âûøåîïèñàííîé ìîäåëè, ïðè èñïîëüçîâàíèè êîýôôèöèåíòà âíóòðåííèõ ïîòåðü çà ïðîõîä Ti, ðàâíîãî 0,03, ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 2. Êàê âèäíî èç ðèñ. 2, ðàñ÷åòíûå äàííûå õîðîøî ñîãëàñóþòñÿ ñ ýêñïåðèìåíòàëüíûìè ðåçóëüòàòàìè. Ïîðîãîâàÿ ïëîòíîñòü ýíåðãèè èìïóëüñîâ íàêà÷êè ÒÑË ñîñòàâèëà 0,4 Äæ/ñì2. Ïðè ìàêñèìàëüíîé ïëîòíîñòè èìïóëüñîâ íàêà÷êè â 1 Äæ/ñì2 ýíåðãèÿ èìïóëüñîâ ãåíåðàöèè áûëà ðàâíà 85 ìÄæ. Âíåøíèé äèôôåðåíöèàëüíûé êâàíòîâûé âûõîä ÒÑË ñîñòàâëÿåò îêîëî 41% (ïî îòíîøåíèþ ê èçëó÷åíèþ âòîðîé ãàðìîíèêè).
Îñöèëëîãðàììà èìïóëüñà, ñïåêòð è ïîïåðå÷íûé ïðîôèëü ðàñïðåäåëåíèÿ èíòåíñèâíîñòè èçëó÷åíèÿ òèòàí-ñàïôèðîâîãî ëàçåðà ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 3. Êàê âèäíî èç ðèñ. 3à, äëèòåëüíîñòü èìïóëüñà èçëó÷åíèÿ ÒÑË ñîñòàâëÿåò 5 íñ. Ïðè èñïîëüçîâàíèè ÀÝ ñ îäíîé áðþñòåðîâñêîé ãðàíüþ ïîëó÷åíà ïåðåñòðîéêà äëèíû âîëíû ãåíåðàöèè â áëèæíåì ÈÊ äèàïàçîíå îò 770 íì äî 840 íì ïîñðåäñòâîì âðàùåíèÿ âûõîäíîãî çåðêàëà. Äèàïàçîí ïåðåñòðîéêè îãðàíè÷èâàëñÿ ñïåêòðàëüíûìè õàðàêòåðèñòèêàìè çåðêàë ðåçîíàòîðà. Òèïè÷íûé ñïåêòð ãåíåðèðóåìîãî èçëó÷åíèÿ ÒÑË
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 3, 2009
15
Åãåí, ìêÄæ
80
60
40
20
0 150 200 250 300 350 Åíàê, ìêÄæ
Ðèñ. 2. Çàâèñèìîñòü ýíåðãèè âûõîäíîãî èçëó÷åíèÿ Eãåí òèòàí-ñàïôèðîâîãî ëàçåðà îò ýíåðãèè èçëó÷åíèÿ íàêà÷êè Eíàê (âòîðàÿ ãàðìîíèêà). Ëèíèåé ïîêàçàíû ðàñ÷åòíûå çíà÷åíèÿ, òî÷êàìè – ýêñïåðèìåíòàëüíî ïîëó÷åííûå äàííûå.
ïðèâåäåí íà ðèñ. 3á. Øèðèíà ñïåêòðà ãåíåðàöèè ñî-
ñòàâëÿåò 14 íì.
Ïîïåðå÷íûå ïðîôèëè ðàñïðåäåëåíèÿ èíòåíñèâíî-
ñòè èçëó÷åíèÿ ÒÑË äëÿ íåäèñïåðñèîííîãî è äèñïåð-
ñèîííîãî ÀÝ ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 3â è ðèñ. 3ã ñîîò-
âåòñòâåííî. Íà îñíîâàíèè ãèïåðáîëè÷åñêîé àï-
ïðîêñèìàöèè çàâèñèìîñòè äèàìåòðîâ ïó÷êà îò
ðàññòîÿíèÿ â îáëàñòè ïåðåòÿæêè, ôîðìèðóåìîé òîí-
êîé ëèíçîé, îïðåäåëåí ïàðàìåòð êà÷åñòâà ïó÷êà M 2.
 ñõåìå ñ íåäèñïåðñèîííûì àêòèâíûì ýëåìåíòîì
M 2 = 1,1. Ïðè èñïîëüçîâàíèè äèñïåðñèîííîãî ÀÝ ïî-
ïåðå÷íûé ïðîôèëü ðàñïðåäåëåíèÿ èíòåíñèâíîñòè èç-
ëó÷åíèÿ ÒÑË íå ÿâëÿëñÿ êðóãîâûì, ïîýòîìó ïàðà-
ìåòð êà÷åñòâà M 2 ãåíåðèðóåìîãî ïó÷êà èçìåðÿëñÿ â
äâóõ âçàèìíî îðòîãîíàëüíûõ íàïðàâëåíèÿõ, ñîîòâåò-
ñòâóþùèõ ìèíèìàëüíîìó (Ox) è ìàêñèìàëüíîìó (Oy)
ðàçìåðàì ïó÷êà. Çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ êà÷åñòâà ïó÷êà
â äàííîì ñëó÷àå âî âçàèìíî îðòîãîíàëüíûõ íàïðàâ-
ëåíèÿõ
ñîñòàâèëè
M
2 x
=
1,4
è
M
2 y
=
2,4.
I, îòí. åä. 0,8
(à)
(â)
5 íñ 0,4
00 I, îòí. åä. 0,8
0,4
10 20 I, íñ (á)
14 íñ
(ã)
0 800 810 820 830 λ, íì
Ðèñ. 3. Õàðàêòåðèñòèêè âûõîäíîãî èçëó÷åíèÿ òèòàí-ñàïôèðîâîãî ëàçåðà. à – îñöèëëîãðàììà èìïóëüñà èçëó÷åíèÿ, á – ñïåêòð ãåíåðàöèè, â – ïîïåðå÷íûé ïðîôèëü ðàñïðåäåëåíèÿ èíòåíñèâíîñòè èçëó÷åíèÿ äëÿ íåäèñïåðñèîííîãî ÀÝ, ã – ïîïåðå÷íûé ïðîôèëü ðàñïðåäåëåíèÿ èíòåíñèâíîñòè èçëó÷åíèÿ äëÿ äèñïåðñèîííîãî ÀÝ.
16 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 3, 2009
Çàêëþ÷åíèå
Ðàçðàáîòàí è ñîçäàí êîìïàêòíûé ýôôåêòèâíûé
ïåðåñòðàèâàåìûé èñòî÷íèê ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ íà
îñíîâå êðèñòàëëà òèòàí-ñàïôèðà, íàêà÷èâàåìîãî èç-
ëó÷åíèåì âòîðîé ãàðìîíèêè íåîäèìîâîãî ëàçåðà ñ
ïðîäîëüíîé äèîäíîé íàêà÷êîé. Ìàêñèìàëüíàÿ ýíåð-
ãèÿ èìïóëüñîâ èçëó÷åíèÿ ÒÑË ñîñòàâëÿåò 85 ìêÄæ
ïðè äëèòåëüíîñòè 5 íñ è âíåøíåì äèôôåðåíöèàëü-
íîì êâàíòîâîì âûõîäå 41%. Çíà÷åíèå ýíåðãèè èì-
ïóëüñà âûõîäíîãî èçëó÷åíèÿ ñîçäàííîãî òèòàí-ñàï-
ôèðîâîãî ëàçåðà ñ ïðîäîëüíîé äèîäíîé íàêà÷êîé
ñîïîñòàâèìî ïî ïîðÿäêó âåëè÷èíû ñî çíà÷åíèÿìè,
ïîëó÷àåìûìè ïðè èñïîëüçîâàíèè â êà÷åñòâå çàäàþ-
ùåãî èñòî÷íèêà íåîäèìîâîãî ëàçåðà ñ ïîïåðå÷íîé
äèîäíîé íàêà÷êîé, ÷òî äåëàåò åãî áîëåå ïðèâëåêà-
òåëüíûì ñ òî÷êè çðåíèÿ ïðîñòîòû, êîìïàêòíîñòè è
ýôôåêòèâíîñòè. Ïàðàìåòð êà÷åñòâà âûõîäíîãî ïó÷-
êà ñîçäàííîãî òèòàí-ñàïôèðîâîãî ëàçåðà ñîñòàâëÿåò
M 2 = 1,1 ïðè èñïîëüçîâàíèè íåäèñïåðñèîííîãî àê-
òèâíîãî ýëåìåíòà. Ïðè èñïîëüçîâàíèè äèñïåðñèîí-
íîãî àêòèâíîãî ýëåìåíòà ïàðàìåòðû êà÷åñòâà
ñîñòàâëÿþò
M
2 x
=
1,4
è
M
2 y
=
2,4.
ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ
11. Áîðåéøî À.Ñ., Êîíÿåâ Ì.À., Ìîðîçîâ À.Â., Ïèêóëèê À.Â., Ñàâèí À.Â., Òðèëèñ À.Â., ×àê÷èð Ñ.ß., Áîéêî Í.È., Âëàñîâ Þ.Í., Íèêèòàåâ Ñ.Ï., Ðîæíîâ À.Â. Ìîáèëüíûå ìíîãîâîëíîâûå ëèäàðíûå êîìïëåêñû // Êâàíò. ýëåêòðîí. 2005. Ò. 35. ¹ 12. Ñ. 1167–1178.
12. Denker B., Galagan B., Ivleva L., Osiko V., Sverchkov S., Voronina I., Hellstrom J.E., Karlsson G., Laurell F. Luminescent and laser properties of Yb-Er:GdCa4O(BO3)3: a new crystal for eye-safe 1.5-ìm lasers // Appl. Phys. B. 2004. P. 577–581.
13. Guerra D.V., Coyle D.B., Krebs D.J. A completely solid state Ti:sapphire laser system for lidar and atmospheric spectroscopy // Measurement Science and Technology. 1994. P. 1306–1308.
14. Steele T.R., Gerstaberger D.C., Drobshoff A., Wallace R.W. Broadly tunable high-power operation of an all-solid-state titanium-doped sapphire laser system // Opt. Lett. 1991. V. 16. ¹ 6. P. 399–401.
15. Marker G.T., Ferguson A.I. Ti:sapphire laser pumped by a frequency-doubled diode-pumped Nd:YLF laser // Opt. Lett. 1990. V. 15. ¹ 7. P. 375–377.
16. Áîãàòîâ À.Ï., Äðàêèí À.Å., Ìèêàåëÿí Ã.Ò., Ìèôòàõóòäèíîâ Ä.Ð., Ñòàäíè÷óê Â.È., Ñòàðîäóá À.Í. Ýôôåêòèâíîñòü ðåçîíàíñíîé íàêà÷êè è îïòè÷åñêîå óñèëåíèå â ôîñôàòíîì Nd-ñòåêëå ïðè âîçáóæäåíèè èçëó÷åíèåì äèîäíûõ ìàòðèö // Êâàíò. ýëåêòðîí. 2006. Ò. 36. ¹ 4. Ñ. 302–308.
17. Çâåðåâ Ã.Ì., Ãîëÿåâ Þ.Ä., Øàëàåâ Å.À. Ëàçåðû íà àëþìîèòòðèåâîì ãðàíàòå ñ íåîäèìîì. Ì.: Ðàäèî è ñâÿçü, 1985.
18. Koechner W. Solid-State Laser Engineering. Berlin: Springer, 2006. 508 ð.
19. Çâåëòî Î. Ïðèíöèïû ëàçåðîâ. Ì.: Ìèð, 1984. 197 ñ.
10. Ðÿáöåâ Ã.È., Áîãäàíîâè÷ Ì.Â., Åíæèåâñêèé À.È., Ïàðàùóê Â.Â., Áóðîâ Ë.È., Ùåìåëåâ Ì.À., Ðÿáöåâ À.Ã., Ìàøêî Â.Â., Òåïëÿøèí Ë.Ë., Êðàñêîâñêèé À.Ñ. Ïðîñòðàíñòâåííûå è ïîëÿðèçàöèîííûå ñâîéñòâà âûõîäíîãî ïó÷êà ýðáèé-èòòåðáèåâîãî ëàçåðà ñ ïîïåðå÷íîé äèîäíîé íàêà÷êîé // Îïòè÷åñêèé æóðíàë. 2006. Ò. 73. ¹ 5. Ñ. 10–14.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 3, 2009
17