Основные составляющие лазера

Лекция 2.

Основные составляющие лазера.

Классификация лазеров.

 Лазеры классифицируют по ряду признаков:

По агрегатному состоянию активной среды -

• твердотельные ( а.с. -стекла и кристаллы)
• жидкостные (растворы красителей)
• газовые (молекулярные и атомарные газы, ионы металлов и т.п.)
• полупроводниковые (полупроводниковые кристаллы)
• на свободных электронах (поток релятивистских электронов в вакууме)

    По назначению -

• технологические
• учебные
• исследовательские
• военные
• специальные

По исполнению

• стационарные
• переносные
• мобильные

По степени опасности

1-й класс - прямое и зеркально отраженное излучение лазера безопасно для глаз и кожи.

2-й класс - прямое и зеркально отраженное излучение лазера опасно для глаз, безопасно для кожи.

3-й класс - прямое и зеркально отраженное излучение лазера опасно для кожи, диффузно-отраженное излучение опасно для глаз на расстоянии менее 10 см.

4-й класс - диффузно-отраженное излучение опасно для кожи на расстоянии менее 10 см.

[pic 1]

Основное назначение блоков:

Излучатель - преобразование энергии, как правило электрической, в энергию лазерного излучения,  формирование лазерного пучка, формирование лазерного импульса, формирование спектра излучения.

 Блок питания - Преобразование электрической энергии источника питания в форму, потребную для излучателя, блока управления и системы охлаждения.

Оптический тракт - Транспортировка  и преобразование лазерного пучка.

Система охлаждения - отвод избыточного тепла от элементов излучателя  и блока питания.

Излучатель.

Излучатель, как правило, включает в себя активную среду, систему накачки, резонатор с затворами, корпус и/или каркас (основание).

Активная среда и система накачки.

Существует три основных состояния активной среды - твердое, жидкое и газообразное.

К твердотельным лазерным средам относят стекла и кристаллы активированные атомами или ионами примеси. Известно более ста активных сред.

Наиболее известные представители -

• рубин - кристаллическая окись алюминия, активированная ионами хрома.
• Аллюмо-иттриевый гранат, активированный ионами  неодима.
• Стекло, активированное ионами неодима.
• Ортоаллюминат иттрия
• Гадолиний-скандий-галлиевый гранат.

Рубин- работает по трехуровневой схеме, режим работы преимущественно импульсный, изредка - непрерывный.

В настоящее время выпускаются рубиновые стержни диаметром от 3.5 до 16 мм и длиной от 45 до 240 мм , концентрация хрома колеблется от 0.013 до 0.04 весовых процентов.

Длина волны излучения - 0.6943 нм в импульсном режиме, 0.6929 - в непрерывном. Основные полосы поглощения  - 0.404 и 0.554 нм.

[pic 2]

Достоинства - работа в видимой области, достаточно высокая импульсная мощность, высокая механическая прочность, высокая. Работа при комнатной температуре, возможность непрерывного режима.

Недостатки - низкий кпд, малый удельный энергосъем, неоднородность, следовательно - низкое качество пучка  и недостаточная лучевая стойкость.

Используется преимущественно в голографии, до появления других твердотельных лазеров - для получения нелинейных оптических явлений.

Стекло, активированное неодимом. - на сегодняшний день наиболее распространенная активная среда исследовательских установок для получения высоких энергий и пиковых мощностей. Работает по четырехуровневой схеме, длина волны излучения - 1.06 мкм. Промышленно  выпускаются активные элементы длиной 80 - 1200 мм и диаметром 5-60 мм. Боковые поверхности а.э. травленые, торцы иногда просветляют, ограничение непараллельности торцов - 2", кроме ЭНЦ-90 - 10" Основные линии поглощения лежат в диапазоне 0.5-0.9 мкм. Концентрация неодима 0.5-8 масс.%.