6.6.2.Твердотельные лазеры

Среди твердотельных лазеров доминируют YAG:Nd:

− Длины волн: 1064, 1319, 532, 355, 266 нм

− Мощность непрерывного излучения

(с ламповой накачкой):

10 – 1800 Вт (TEM₀₀ до 30 Вт)

− Мощность непрерывного излучения

(с диодной накачкой):

1 мВт — 10 Вт, ТЕМ₀₀

− Мощность в импульсе (с ламповой накачкой):

до 100 Дж в мс импульс и до 1,4 Дж в нс

− Мощность в импульсе (с диодной накачкой):

до 20 мДж в нс импульсе, дес. мкДж при 104 Гц

Другие среды, активируемые Nd: стекло, YLF (иттрий- литиевый фторид), GSGG (галлий–скандий– гадолиниевый гранат), александрит (Cr–BeAl₂O₄)

Другие материалы: рубин (694 нм), Er: YAG (2.9 мкм),

Ho: YAG (2.1 мкм)

Перестраиваемые лазеры с регулируемой длиной волны:

александрит (720 – 780 нм), Ti:Сапфир (600-1100 нм)

Области применения:

− обработка материалов,

− медицина,

− испытания и измерения под водой,

− научно-исследовательские и опытно-конструкторские разработки

Преимущества твердотельных лазеров

– Высокая удельная мощность;

– Высокое качество при большой мощности (TEM₀₀);

– Высокий кпд (с диодной накачкой) > 20%;

– Большая энергия (до кДж/импульс);

– Широкий диапазон длин волн;

– Широкий диапазон длительностей импульсов (от 10^–2 до 10^–15 с);

– Совместимость длин волн с оптическим волокном;

– Возможность получения генерации в волокнах

и высокие характеристики этих лазеров

– Большая яркость;

– Высокая надежность

Основные виды твердотельных лазеров

– Nd–YAG — 1.06, 0.53, 0.355, 0.266 мкм;

– Nd–стекло — 1.06, 0.53, 0.355, 0.266 мкм;

– Er–стекло — 1.54 мкм;

– Рубиновый — 0.63 мкм;

– Ti–сапфир — 0.66–0.98 мкм;

– Cr–BeAl₂O₄ (александрит) — 0.72–0.78 мкм.

Nd–YAG лазер (с оптической накачкой)

а

б

Рис. 6.10. Схема энергетических уровней:a) трехуровневая (Ru), б) четырехуровневая (Nd–YAG, стекло)

Рис.6.11. Система оптической накачки: 1) лампа, 2) активный элемент, 3) резонатор, 4) отражающее покрытие.

Рис. 6.12. Принципиальная схема твердотельного лазера с оптической накачкой:

1 — активный элемент; 2 — лампа; 3 — блок питания; 4 — резонатор; 5 — блок управления; 6 — элемент управления; 7 — зеркала резона­тора; 8 — корпус лазера; 9 — охлаждение; 10 — излучение лазера

Таблица 6.11 Основные режимы работы твердотельных лазеров

Тип лазера	Режим работы	Длина волны
Nd-YAG	Свободная генерация	10-3-10-4
Nd-YAG	Q-модуляция (акусто-оптическая, электрооптическая)	10-7-10-8
Nd-YAG	Самосинхронизация мод	10-11-10-12
Ti-AI2О3	Синхронизация мод	10-13-10-15

Таблица 6.12 Основные параметры твердотельных лазеров с регулируемой длиной волны

Кристалл	Диапазон длин волн λ, мкм	Режим		Средняя вы­ходная мощность Вт	Источник накачки
		Непрерыв-ный	Импульс-ный
Ti3+: A1203 (Ti-сапфир)	660 ... 986	+		0.07	Ar+-лазер
Cr3+: BeA1204 (александрит)	701 ... 826	+	+	100	Arc лампа/ Имп. лампа
Гранаты
Сr3+: Cd3Sc2Ga3012 (GSGG)	742 ... 842	+	+	0.25	Кr+-лазер, лампа
Cr3+: Cd3Sc2Al3O12 (GSAG)	~780	+		0.09	Кr+-лазер
Фториды
Cr3+: KZnF3	785 ... 865	+		0.085	Кr+-лазер
Co: MgF2	1500 ... 2300	+	+		Nd: стекло лазер
Nd: LaF3	172		+		Лазер
Ce: YLF	325		+
Ce: LaF2	286		+
Cr3+: Be3Al2(SiO3)6 (изумруд)	729 ... 809 685	+	+	0.32	Кг+-лазер Лампа
Cr3+: ZnWO4	980 ... 1050		+		Кг+-лазер