Введение к работе
Актуальность темы
Среди различных видов лазеров всё большее распространение в істоящее время получают твердотельные лазеры, к которым относя-:я лазеры на различных кристаллах и стёклах [1,2].
Причина лидирующего положения твердотельных лазеров заключна в их главном достоинстве : сочетание высоких энергетических іраметров генерируемого излучения со способностью работать в ізнообразньїх режимах , от режима генерации ультракоротких импу-)Сов света до непрерывной генерации большой мощности.
Существенным недостатком твердотельных лазеров является их ізкий кпд генерации. Основная причина низкого кпд распространён-ііх неодимовых лазеров заключается в плохом согласовании сплош-)го спектра излучения ламп накачки с полосатым по структуре и іабьім по интенсивности спектром поглощения ионов неодима в ак-івной среде [1].
Преодоление этого недостатка связано с различными решения-1. Можно увеличивать концентрацию активной примеси , увеличивая іким образом поглощение излучения накачки, но во многих случаях щ этом очень сильно проявляется концентрационное тушение люми-зсценции и эффект не достигается [1,2] . Можно использовать со-стивирование активной среды различными примесями, одни из кото-jx будут сильно поглощать излучение накачки и затем эффективно эредавать энергию другим, генерирующим центрам. Но такая переда-1 эффективно реализуется не во всех случаях [1,2].
Предлагается также [3] повышать качество осветительной сис-змы активной среды и преобразовывать спектральные параметры изучения накачки , повышая таким образом эффективность её исполь-эвания . Можно использовать [3.4] селективные источники на-ічки : селективные газоразрядные лампы, лазеры, полупроводнико-іє излучатели. Несмотря на то, что это позволило несколько повніть кпд лазеров, актуальность проблемы не уменьшилась.
Кроме этого существуют задачи , решение которых позволит
- і -
увеличить возможности применения твердотельных лазеров. Среди ни расширение спектра частот генерируемого излучения и создание ла зеров большой средней мощности излучения с хорошими пространст венными характеристиками.
Расширение спектральной полосы генерации даёт возможност получать излучение на новых длинах волн . с перестройкой частот в широкой полосе спектра , а также внести вклад в проблему гене рации сверхкоротких импульсов света.
Это решается применением новых активаторов , генерирующих новых спектральных диапазонах и использованием различных перехо дов известных активаторов [5]. И хотя исследования привели к зн чительным успехам в создании широкополосных лазерных сред , эт среды не отвечают полному объёму требований, предъявляемым к ак тивным средам , включающему механические, теплофизические, опти ческие, спектральные и люминесцентные параметры.
При создании мощных твердотельных лазеров возникают пробле мы, связанные с нагреванием активной среды мощным излучением на качки и с наведёнными накачкой в активной среде термооптическим градиентами . Эти факторы существенно влияют на генерируемое из лучение, ухудшая его пространственные характеристики.
Для решения этой задачи необходимо уменьшение величины тер мооптических искажений или компенсация их влияния на генерируе мое излучение. Существующие методы решения имеют недостатки, ог раничивающие широкое их использование.
Обсуждаемые в диссертационной работе исследования направ-лены на решение вышеупомянутых актуальных задач . Это поиск і исследование генерационных характеристик новых лазерных кристаллов с повышенной концентрацией неодима , с целью увеличения кп, неодимовых лазеров, и новых кристаллов, активированных ионами хрі ма для расширения спектральной области генерации. И второе - генерация излучения высокой средней мощности с возможно меньшимі искажениями пространственных характеристик излучения.
Цель работы
1. Поиск и исследование свойств новых высокоэффективных ла-
зерных активных сред на основе кристаллов двойных вольфраматов л молибдатов редких земель и бериллатов, активированных ионами іеодима.
-
Поиск и исследование свойств новых активных сред для широ--сополосных лазеров на основе кристаллов двойных вольфраматов и иолибдатов редких земель и бериллатов, активированных ионами трёхвалентного хрома.
-
Исследование возможности создания мощных твердотельных лазеров на основе монокристалла калий-гадолиниевого вольфрамата (КГБ) с неодимом , поиск методов компенсации термоискажений, іаведеншх в активной среде мощным излучением накачки.
Научная новизна
I. Проведены более подробно, по сравнению с проводившимися ра-ієє, исследования лазеров на основе нового перспективного кристалла КГВ с неодимом в различных режимах генерации : свободной генерации, модулированной добротности резонатора и синхронизации мод; исследована зависимость энергетических параметров ге-іерации лазера на КГВ от возможных концентраций активатора -тонов трёхвалентного неодима.
I. Впервые - исследованы новые лазерные самоактивированные сристаллы рубидий-неодимового вольфрамата и цезий-неодимового юлибдата при лазерной и при ламповой накачках;
исследованы новые лазерные кристаллы на основе вольфраматов і молибдатов редких земель активированные ионами трёхвалент-гого хрома;
получена генерация и исследованы кристаллы калий-скандиевого вольфрамата с ионами трёхвалентного хрома в качестве актив-юй среды лазеров на электронно-колебательном переходе;
получена генерация и исследованы спектрально-люминесцентные :войства и особенности генерации лазера на монокристалле изум->уда, выращенного флюсовым методом ;
исследованы особенности лазерной генерации александрита, вы-іащенного методом горизонтальной направленной кристаллизации ТНК), в сравнении с александритами, выращенными методом Чохра-
льского;
- получена генерация лазера на новом высококонцентрированном кристалле гекса-алюминате лантана бериллия активированного нео димом.
3. Предложена и экспериментально исследована новая перспективная схема мощного лазера с автокомпенсацией термооптических искажений, наведённых в активной среде мощным излучением накачки
Практическая ценность работы
Проведённые в диссертационной работе экспериментальные исследования позволили впервые реализовать лазерную генерацию ряда новых лазерных кристаллов на основе вольфраматов и молибда-тов редких земель и бериллатов, активированных ионами неодима и - ионами хрома. Результатами работы вносится вклад в решение задач повышения эффективности генерации твердотельных лазеров, расширения их спектрального диапазона, получения перестраиваемой лазерной генерации, генерации ультракоротких импульсов света и генерации мощного лазерного излучения с малой угловой расходимостью и хорошей однородностью заполнения поперечного сечения пучка.
Положения, выдвигаемые на защиту
-
Результаты экспериментальных исследований кристаллических высококонцентрированных лазерных сред, на основе монокристаллов КГБ , активированного неодимом, новых самоактивированных кристаллов рубидий-неодимового вольфрамата и цезий-неодимового молибдата и нового кристалла гекса-алюмината лантана бериллия, активированного неодимом.
-
Результаты исследований лазерных кристаллов, активированных ионами трёхвалентного хрома для реализации генерации на электронно-колебательном переходе, на основе монокристаллов калий-скандиевого вольфрамата и изумруда, выращенного флюсовым методом.
-
Результаты исследований лазерных кристаллов александрита, выращенных методом горизонтальной направленной кристаллизации.
і. Результаты исследований новой схемы автокомпенсации влияния ia излучение термооптических искажений , наведённых излучением їакачки в активной среде мощных твердотельных лазеров, с испо-шзованием монокристаллов КГБ с неодимом.
Апробация работы и публикации
Основные результаты диссертационной работы докладывались ia отечественных и международных конференциях по соответствую-іей тематике:
II1-я и IV-я Всесоюзные конференции "Оптика лазеров", Ленинград, 1981 и 1983 гг.
II1-й Международный симпозиум по современной оптике "Оптика 88", Будапешт, Венгрия, 1988 г.
Международная конференция ЕК01, Гамбург, ФРГ, 1988 г.
2-я Европейская конференция по квантовой электронике, Дрезден, ГДР, 1989 г.
V-я Международная конференция "Перестраиваемые лазеры", Иркутск, 1989 г.
ІХ-й Всесоюзный симпозиум по спектроскопии кристаллов, активированных ионами редкоземельных и переходных металлов, Ленинград, 1990 г.
Симпозиум "Лазеры и оптика", Лос-Анжелес, Калифорния,1990 г.
2-й Советско-индийский симпозиум по росту кристаллов и их характеристикам и свойствам, Москва, 1991 г.
XIV-я Международная конференция по когерентной и нелинейной оптике, Санкт-Петербург, 1991 г.
V-я Международная конференция "Лазерные технологии'95", Шатура, 1995 г. По тематике диссертации соискателем с соавторами опублико-іано 17 печатных работ в отечественных и зарубежных журналах и 'рудах вышеназванных конференций и получено три авторских сви-іетельства на изобретение.
Структура и объём диссертационной работы
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, зак-
лючения, списка цитируемой литературы (217 наименований), изложена на 110 страницах машинописного текста , включает 15 таблиц и 38 рисунков.
