Твердотельные лазеры

Сентябрь 14, 2022

Главная
Физика
Твердотельные лазеры

Содержание

2. Большинство современных твердотельных лазеров накачиваются с помощью мощных газоразрядных ламп или других лазеров. Интенсивно развивается способ
3. Активные элементы Требования к активному элементу: оптическая однородность, устойчивость к значительным механическим напряжениям, высокая теплопроводность, устойчивость
4. Легирование Для организации инверсии населенностей необходимых лазерных уровней кристаллы и стекла легируют, то есть замещают собственные
5. Основные твердотельные лазеры, применяемые в технологиях Рубиновый лазер В рубинов лазере примерно 0,05% ионов алюминия замещают
6. Уровни и переходы рубинового лазера.
7. Лазер на иттрий-алюминиевом гранате Среди твердотельных лазеров самый популярный это иттрий-алюминий-гранатовый (ИАГ) лазер с добавками неодима.
8. ИАГ лазер является 4-х уровневым. Время жизни на уровнях Е4 и Е2 наносекунды, а на уровне
9. Исчо схемы уровней
10. Квантрон
11. Квантрон в сечении Квантрон с двумя лампами накачки
12. Модуляция добротности Для реализации импульсного режима применяется метод модуляции добротности. Идея в следующем: во время накачки
13. Модуляцию добротности можно организовать с помощью подвижных зеркал резонатора (например, вращать). Модуляцию добротности можно организовать с
14. !!! Другие виды твердотельных лазеров можно рассмотреть при желании у Айхлера или в другой литературе.
16. Диодная накачка
17. Полупроводниковая накачка Твердотельные лазеры с ламповой накачкой ограничены уровнем эффективной концентрации излучения в активной среде. Для
18. Использование п/п источников накачки в сочетании с достижениями оптоволоконных технологий привело к созданию нового типа лазера
19. Дисковый лазер с диодной накачкой
20. Волоконный лазер Волоконные лазеры могут быть созданы на основе кварцевого волокна, легированного редкоземельными элементами (эрбием, неодимом
21. Преимущества волоконного лазера: эффективное охлаждение активного элемента лазера за счет большой площади поверхности световода, резонатор не
22. Эрбиевый волоконный лазер Иттербиевый волоконный лазер Мощные волоконные лазеры
24. Скачать презентацию

Слайд 2

Большинство современных твердотельных лазеров накачиваются с помощью мощных газоразрядных ламп или

других лазеров.
Интенсивно развивается способ накачки полупроводниковыми светодиодами или диодными лазерами, что повышается мощность излучения и КПД лазера.

Способы накачки

Слайд 3

Активные элементы
Требования к активному элементу:
оптическая однородность,
устойчивость к значительным механическим

напряжениям,
высокая теплопроводность,
устойчивость к перегревам.
Самыми распространенными веществами для активных элементов твердотельных лазеров являются:
- сапфир (Al2O3)
- гранаты (Y3Al5O12)
- алюминаты (YAlO3)
- александриты (BeAlO4) и др.

Слайд 4

Легирование
Для организации инверсии населенностей необходимых лазерных уровней кристаллы и стекла

легируют, то есть замещают собственные атомы чужими.
Например, чтобы добиться нужной инверсии населенностей в кристалле сапфира, его можно легировать ионами хрома, тогда получается рубин (Cr3+: Al2O3).

Слайд 5

Основные твердотельные лазеры, применяемые в технологиях
Рубиновый лазер
В рубинов лазере примерно

0,05% ионов алюминия замещают ионами хрома, тогда бесцветный сапфир становится рубинового цвета (таким же образом изготавливают искусственные рубины).
Рубиновый лазер является 3-х уровневым и может работать только в импульсном режиме из-за особенностей активного элемента.

Слайд 6

Уровни и переходы рубинового лазера.

Слайд 7

Лазер на иттрий-алюминиевом гранате
Среди твердотельных лазеров самый популярный это иттрий-алюминий-гранатовый

(ИАГ) лазер с добавками неодима.
Формула Nd3+: Y3Al5O12. Около 1% ионов алюминия замещаются ионами неодима.
Основные параметры лазера:

Слайд 8

ИАГ лазер является 4-х уровневым.
Время жизни на уровнях Е4 и

Е2 наносекунды, а на уровне Е3 примерно 230 мкс.
Основная интенсивность приходится на длину волны 1064 нм (переход с Е3 на Е2).
ИАГ лазер может работать в непрерывном и импульсном режимах.

Слайд 9

Исчо схемы уровней

Слайд 10

Квантрон

Слайд 11

Квантрон в сечении
Квантрон с двумя лампами накачки

Слайд 12

Модуляция добротности
Для реализации импульсного режима применяется метод модуляции добротности.
Идея в

следующем: во время накачки лазера намеренно ухудшают свойства оптического резонатора, чтобы лазер не мог излучать. Это приводит к росту инверсии населенностей на лазерном уровне.
Если быстро улучшить свойства оптического резонатора, то вся накопленная энергия выйдет из лазера в виде короткого мощного импульса.

Слайд 13

Модуляцию добротности можно организовать с помощью подвижных зеркал резонатора (например, вращать).

Модуляцию добротности можно организовать с помощью поляризаторов с переменными оптическими свойствами - ячейка Керра или ячейка Поккельса.
Ячейки пропускают лазерный луч, если плоскости поляризации лазерного излучения и ячейки совпадут.
Ячейки очень быстродействующие и управляются приложенным к ним электрическим напряжением.

Слайд 14

!!! Другие виды твердотельных лазеров можно рассмотреть при желании у Айхлера

или в другой литературе.

Слайд 15

Слайд 16

Диодная накачка

Слайд 17

Полупроводниковая накачка
Твердотельные лазеры с ламповой накачкой ограничены уровнем эффективной концентрации излучения

в активной среде. Для его повышения требуется применение крупногабаритных активных элементов, что сильно удорожает лазеры.
Применение п/п лазеров для оптической накачки решает эти проблемы.
Яркость п/п накачки на порядки превосходит яркость газоразрядных источников света, а спектральный состав ее излучения может быть согласован с полосами поглощения активного элемента.
КПД п/п накачки может достигать 80–90%.

Слайд 18

Использование п/п источников накачки в сочетании с достижениями оптоволоконных технологий привело

к созданию нового типа лазера – на основе кварцевого волокна, легированного ионами иттербия Yb3+.
У таких лазеров КПД достигает 20–30%, а выходная мощность достигает 5 кВт.

Квантрон с диодной накачкой

Слайд 19

Дисковый лазер с диодной накачкой

Слайд 20

Волоконный лазер
Волоконные лазеры могут быть созданы на основе кварцевого волокна, легированного

редкоземельными элементами (эрбием, неодимом и др.)
При полностью волоконной реализации такой лазер называется цельноволоконным, при комбинированном использовании волоконных и других элементов в конструкции лазера он называется гибридным.
Оптоволокно лазера может быть очень длинным. На киловаттные мощности применяется соединение множества световодов путем сварки.

Слайд 21

Преимущества волоконного лазера:
эффективное охлаждение активного элемента лазера за счет большой площади

поверхности световода,
резонатор не требует юстировки, так как излучение лазера распространяется внутри волокна,
возможность получения фемтосекундных и пикосекундных импульсов.

Слайд 22

Твердотельные лазеры

Содержание

Большинство современных твердотельных лазеров накачиваются с помощью мощных газоразрядных ламп или

Активные элементыТребования к активному элементу: оптическая однородность, устойчивость к значительным механическим

Легирование Для организации инверсии населенностей необходимых лазерных уровней кристаллы и стекла

Основные твердотельные лазеры, применяемые в технологиях Рубиновый лазерВ рубинов лазере примерно

Уровни и переходы рубинового лазера.

Лазер на иттрий-алюминиевом гранате Среди твердотельных лазеров самый популярный это иттрий-алюминий-гранатовый

ИАГ лазер является 4-х уровневым. Время жизни на уровнях Е4 и

Исчо схемы уровней

Квантрон

Квантрон в сечении Квантрон с двумя лампами накачки

Модуляция добротностиДля реализации импульсного режима применяется метод модуляции добротности. Идея в