1. Общие лазерно-активные добавки
2. Важные свойства кристаллов хозяина
3. Общие Кристаллические Лазерные Хост Медиа
4. Лазерные кристаллы со встроенным насыщаемым поглотителем
5. Геометрия лазерных кристаллов
6. Массовая недвижимость
7. Оптимизация геометрии и параметров
8. Оптические поверхности
9. Список используемой литературы

Найти более подробную информацию о поставщике на конец статьи энциклопедии или зайдите в наш

Вас еще нет в списке? Получите вашу запись!

Лазерные кристаллы обычно представляют собой монокристаллы (монокристаллические оптические материалы ) которые используются как получить СМИ за твердотельные лазеры , В большинстве случаев они легированы либо трехвалентным редкоземельные ионы или же ионы переходных металлов , Эти ионы позволяют кристаллу усиливать свет на лазер длина волны через стимулированное излучение когда энергия поступает в кристалл через поглощение света накачки (→ оптическая накачка ).

По сравнению с легированными очки Кристаллы обычно имеют более высокий переходные сечения поменьше поглощение и эмиссия пропускная способность , более высокая теплопроводность, и, возможно, двойное лучепреломление , (Статья о лазерные кристаллы против очков обсуждает различия более подробно.) В некоторых случаях монокристаллические лазерные материалы могут быть заменены керамические носители , которые имеют тонкую поликристаллическую структуру.

Общие лазерно-активные добавки

Наиболее часто используемые лазерно-активные редкоземельные ионы и среды-носители вместе с некоторыми типичными длинами волн излучения показаны в следующей таблице:

Таблица 1. Общие редкоземельные ионы в лазерно-активных кристаллах.

Ион Общие кристаллы-хозяева Важные длины волн излучения неодим (Nd3 +) Y3Al5O12 ( YAG ), YAlO3 (YALO), YVO4 (иттрий ванадат ), YLiF4 ( YLF ), тунгстаты (KGd (WO4) 2, KY (WO4) 2) 1064, 1047, 1053, 1342, 946 нм иттербий (Yb3 +), YAG , тунгстаты (например, KGW, KYW, KLuW), YVO4 , бораты (BOYS, GdCOB), апатиты (SYS), сесквиоксиды (Y2O3, Sc2O3) 1030, 1020–1070 нм эрбий (Er3 +) YAG, YLF 2,9, 1,6 мкм тулия (Tm3 +) YAG 1,9–2,1 мкм гольмия (Ho3 +) YAG 2,1, 2,94 мкм церия (Ce3 +) YLF, LiCAF, LiLuF, LiSAF и аналогичные фториды 0,28–0,33 мкм

В следующих таблицах перечислены общие легированный переходным металлом кристаллы:

Таблица 2: Общие ионы переходных металлов в лазерно-активных кристаллах.

Ион Общие кристаллы-хозяева Важные длины волн излучения титана (Ti3 +) сапфир 650–1100 нм хром (II) (Cr2 +) халькогениды цинка, такие как ZnS, ZnSe и ZnSxSe1 − x 2–3,4 мкм хром (III) (Cr3 +) Al2O3 (рубин), LiSrAlF6 (LiSAF), LiCaAlF6 (LiCAF), LiSrGaF6 (LiSGAF) 0,8–0,9 мкм. хром (IV) (Cr4 +) YAG MgSiO4 (форстерит) 1,35–1,65 мкм (YAG), 1,1–1,37 мкм (форстерит)

Эти таблицы содержат только самые распространенные исходные кристаллы; существует много других, которые используются реже.

Важные свойства кристаллов хозяина

Кристалл-хозяин - это гораздо больше, чем просто средство для фиксации лазерно-активных ионов в определенных положениях пространства. Важен ряд свойств основного материала:

• Носитель должен иметь высокую прозрачность (низкий поглощение а также рассеяние ) в областях длин волн накачки и лазерного излучения и хорошей оптической однородности. В некоторой степени это зависит от качества материала, определяемого деталями изготовление процесс.
• Среда-хозяин сильно влияет на длину волны, пропускная способность а также переходные сечения насоса и лазерные переходы а также время жизни в верхнем состоянии , Например, Nd: YVO4 имеет гораздо более высокое поперечное сечение, большее получить пропускную способность и меньшее время жизни в верхнем состоянии, чем Nd: YAG. Другой неодим хосты обеспечивают другие длины волны перехода, например, 1047 или 1053 нм от Nd: YLF ,
• Нерадиационные переходы (например многофононные переходы ) также сильно зависит от хозяина, в частности от его максимальной энергии фононов. Некоторые из этих переходов очень вредны, приводя к гашение населения верхнего штата (таким образом, снижение квантовая эффективность ). Другие необходимы для работы лазера, например, для удаления ионов с нижнего уровня лазера. Передача энергии процессы также зависят от основного материала.
• Максимально возможный концентрация допинга может сильно зависеть от основного материала и метода его изготовления.
• Различные кристаллические материалы сильно различаются по своей твердости и другим свойствам, которые определяют, какими методами и насколько легко их можно резать и полировать с хорошим качеством.
• Некоторые материалы химически нестабильны, например гигроскопичны.
• Особенно для мощные лазеры (но достаточно часто и для средних и малых мощностей), высокая теплопроводность, низкие термооптические коэффициенты (для слабых тепловая линза ) и высокая устойчивость к механическим воздействиям желательны.
• Оптическая изотропия может быть полезной, но в других случаях двойное лучепреломление (снижение тепловых деполяризация ) и, возможно, поляризационно-зависимое усиление является предпочтительным (см. также: поляризация света ).
• Высота порог повреждения с точки зрения пульса плотность потока или пик интенсивность может быть важным для высоких энергий усилители ,

Очевидно, что различные применения приводят к очень разным требованиям к лазерной среде усиления. По этой причине используется широкий спектр различных кристаллов, и правильный выбор необходим для создания лазеров с оптимальными характеристиками.

Общие Кристаллические Лазерные Хост Медиа

Существует широкий спектр кристаллических сред, которые могут быть сгруппированы в соответствии с важными атомными составляющими и кристаллическими структурами. Некоторые важные группы кристаллов:

• гранаты типа Y3Al5O12 ( YAG ), Gd3Ga5O12 (GGG) и Gd3Sc2Al3O12 (GSGG): твердые и химически инертные материалы, оптически изотропные, с высокой теплопроводностью
• сапфир (Al2O3) (например, для титан-сапфировые лазеры ) и алюминаты, такие как YAlO3 (YALO, YAP) для неодим легирование: высокая твердость и теплопроводность, анизотропный
• сесквиоксиды, такие как Y2O3, Sc2O3: изотропный, с высокой твердостью и теплопроводностью
• ванадаты такие как YVO4 и GdVO4: очень высокие лазерные сечения Nd3 + анизотропный
• фториды, например YLiF4 ( YLF ): хорошо ультрафиолетовый прозрачность, двойное лучепреломление большие возможности накопления энергии Nd: YLF; также LiCAF, LiLuF, LiSAF as хром-легированный широкополосные усиления
• силикаты, например MgSiO4 (форстерит): широкая полоса усиления
• моноклинный двухместный тунгстаты такие как KGd (WO4) 2 (KGW) и KY (WO4) 2 (KYW): сочетание относительно высокого Yb3 + лазерное сечение, большая полоса усиления и высокая теплопроводность
• неупорядоченные тетрагональные двойные вольфраматы, такие как NaGd (WO4) 2 (NGW) и NaY (WO4) 2 (NYW): особенно большая полоса пропускания иттербия
• халькогениды, такие как ZnS или ZnSe для среднего инфракрасный лазеры

Лазерные кристаллы со встроенным насыщаемым поглотителем

Было продемонстрировано несколько материалов лазерного кристалла, где некоторые насыщаемый поглотитель материал включен для пассивного Переключение добротности из лазер , Например, ионы Cr4 + могут быть включены в такие кристаллы, легированные Nd, для излучения в области спектра 1 мкм. Это было сделано, например, с Cr: Nd: YAG и Cr: Nd: YVO4.

При такой концепции не требуется дополнительного насыщаемого кристалла-поглотителя, чтобы можно было создавать более компактные лазерные установки с модуляцией добротности с меньшими внутренними паразитными потерями. Однако могут также возникать нежелательные побочные эффекты, такие как получение нежелательных валентных состояний вовлеченных ионов или передача энергии , Кроме того, некоторая гибкость теряется в экспериментах, если невозможно испытать поглотители с другой толщиной или концентрацией легирования, например, без замены самого лазерного кристалла.

Геометрия лазерных кристаллов

В лазерах можно использовать разные геометрические формы:

• Распространенной формой является кубоид. Кристалл может быть, например, тонкой копланарной пластиной с поперечными размерами (перпендикулярно лазерному лучу) и толщиной в несколько миллиметров. Он может быть ориентирован для почти перпендикулярного падения лазерного луча или при Угол Брюстера , Это может быть установлено в некотором твердом креплении, которое также действует как радиатор. Большие кристаллы обычно используются для боковая накачка например, с высокой мощностью диодные бары ,
• В некоторых случаях необходимы крайние углы между торцами, например, если одна торцевая поверхность должна быть выполнена под углом Брюстера, а другая - для перпендикулярного падения.
• Сляб лазеры основаны на относительно плоских плитах, которые могут иметь или не иметь кубовидную форму.
• Многие лазеры с боковой накачкой используют относительно длинный цилиндрический лазер прутки Например, из Nd: YAG. Особенно для лазеры с ламповой накачкой длина стержня может составлять несколько сантиметров, тогда как диаметр стержня намного меньше (несколько миллиметров).
• Лазеры на тонких дисках требуется диск, часто с круглым поперечным сечением, имеющий толщину всего, например, 100–200 мкм и относительно высокий концентрация допинга ,
• Специальные геометрии требуются для монолитные твердотельные лазеры , такие как неплоские кольцевые генераторы ,
• По разным причинам композитные кристаллы становятся популярными. Они имеют пространственно изменяющийся химический состав и могут быть изготовлены с использованием специальных форм.
• Есть так называемые монокристаллические волокна где монокристаллический материал (часто содержащий активную лазером добавку) вытягивается в форме волокна. Здесь волновод эффект получается от границы кристалл-воздух, возможно, также от тепловая линза , допинговые градиенты или другие эффекты.

Массовая недвижимость

Для данной легирующей и основной среды концентрация допинга это самый важный параметр. Другие вопросы, представляющие интерес, - это однородность допинга (влияющая на тенденцию гашение ), уровень примесей (например, нежелательных других редкоземельных ионов) и оптические однородности. Некоторые из этих факторов влияют на поглощающие и рассеивающие потери материала и / или на прочность тепловая линза ,

Конечно, очень желательно, чтобы данное качество кристаллов производилось последовательно, хотя лазерные конструкции может иметь различную чувствительность к параметрам материала.

Оптимизация геометрии и параметров

Какая геометрия, легирующая примесь и концентрация допинга Из коэффициента усиления наиболее выгодно зависит от нескольких факторов. Доступный источник насоса (тип лазерный диод или же фонарь ) и предполагаемое расположение насосов являются важными факторами, но сам материал также имеет некоторое влияние. Например, титан-сапфировые лазеры должны быть накачаны с высокой интенсивностью, для которой форма поперечно охлажденного стержня, работающего с относительно небольшим диаметром накачки и лазерного луча, является более подходящей, чем, например, тонкий диск. В качестве другого примера, Лазеры с модуляцией добротности достичь более высокой плотности населения на верхнем лазерном уровне и, следовательно, более чувствительны к гашение эффекты и передача энергии процессы; поэтому для этих устройств часто подходит более низкая плотность легирования. За мощные лазеры более низкие плотности легирования часто используются для ограничения плотности тепловыделения, хотя тонкодисковые лазеры лучше всего работать с высоколегированными кристаллами. Многие лазерные продукты не достигают полного потенциала производительности, потому что такие детали не были должным образом проработаны.

Оптические поверхности

Те поверхности, которые проходят мимо лазерный луч обычно либо ориентированы на Угол Брюстера или есть антибликовое покрытие , Даже покрытые AR кристаллы часто слегка наклонены к лучу, чтобы предотвратить обратное отражение в лазерный резонатор , Это важно, например, для лазеры с синхронизацией мод а также настраиваемый одночастотные лазеры ,

Высокое качество поверхности, конечно, важно. Характеристики плоскостности поверхности часто лучше, чем λ / 10. Это помогает избежать потерь рассеяния и искажений волнового фронта, которые могут ухудшить работу лазера. качество луча , Кроме того, характеристики царапин и копания ( качество косметической поверхности ) ограничивают плотность мелких поверхностных дефектов; они могут читать, например, «80–50» для массового производства среднего качества или «10–5» для особо требовательных лазерных применений. Правильная обработка поверхности также влияет на порог повреждения что важно, например, для импульса высокой энергии усилители , Наконец, высокая степень параллельности торца может быть важна для избежания изменения направления луча в кристалле.

Список используемой литературы

[1] А.А. Каминский, «Лазерные кристаллы и керамика: последние достижения», Лазерный Фотон. Ред. 1 (2), 93 (2007) [2] А.А. Каминский, Лазерные кристаллы , Springer, Нью-Йорк (1981) [3] Р. К. Пауэлл, Физика твердотельных лазерных материалов , AIP Press, Springer (1998) [4] В. Кечнер, Твердотельная лазерная техника , 6-е изд., Springer, Берлин (2006 г.) [5] Ф. Трегер (изд.), Справочник по лазерам и оптике , Springer, Берлин (2007 г.).

(Предложите дополнительную литературу!)

Смотрите также: получить СМИ , лазерные кристаллы против очков , лазеры на легированном изоляторе , Редкоземельные легированные носители усиления , Усиливающая среда, легированная переходным металлом , стержневые лазеры , сляб лазеры , тонкодисковые лазеры , монокристаллические волокна , Spotlight статья 2007-02-09
и другие статьи в категориях оптические материалы , лазеры

Если вам понравилась эта статья, поделитесь ею с друзьями и коллегами, например, через социальные сети:

Похожие