Введение 3
Глава 1. Метод Финдлэя-Клэя 6
Глава 2. Экспериментальная установка 8
Глава 3. Результат и обсуждение 9
Исследование зависимостей энергии генерации от энергии накачки 9
Определение неактивных потерь активной среды 11
Глава 4. Применение подвижного зеркала для вывода энергии из глухого резонатора 14
Заключение 17
Список использованных источников
Одним из первых твердотельных лазеров являлся лазер на основе кристалла иттрий-алюминиевого граната с активацией ионами неодима (Nd: YAG). Активной средой в них является кристалл Y3Al5O12, в котором часть ионов Y3+ замещена ионами трёхвалентного ниодима Nd3+.
Для эффективного использования энергии излучения лампы накачки, в лазере с ламповой накачкой применяют замкнутый отражатель, заполненный охлаждающей жидкостью, прокачиваемой через его объем. Одной из наиболее эффективных форм отражателя является эллиптической в сечении. При такой форме сечения отражателя, лампу накачки и активный элемент располагают в фокусах эллиптического сечения, что обеспечивает максимальную концентрацию световой энергии накачки в толще активного элемента.
В качестве зеркал оптического резонатора, в твердотельном лазере могут использоваться оптически обработанные торцы активного элемента, в случае необходимости, снабжаемые отражающими покрытиями, для получения требуемых значений коэффициентов отражения и пропускания. Если необходимо получить специальные свойства лазерного излучения (характер поляризации, модовый состав и т.п.), зеркала оптического резонатора могут быть и внешними, что также может быть обусловлено технологией оптической обработки и нанесения покрытий.
Активный элемент и лампа накачки твердотельного лазера, обычно, требуют жидкостного охлаждения в тех случаях, когда мощность излучения лазера не является достаточно малой (на уровне милливатт). Это приводит к усложнению конструкции, так как через охлаждающую жидкость будет проходить энергия накачки, которая не должна заметно поглощаться этой жидкостью.
Эффективность возбуждения и потерь в обоих направлениях определяют необходимую мощность накачки, чтобы достичь лазерного порога. Чем выше потери из-за дифракций и выходного зеркала, и чем ниже эффективность возбуждения, тем выше должен быть, достигнут лазерный порог.
Существенную роль на эффективность лазера влияют неактивные потери в активном элементе (АЭ). Эти потери связаны с качеством кристалла, из которого этот элемент был изготовлен. Качество кристалла определяется отсутствием пузырьковых включений, напряжений дефектов кристаллической решетки и т.п..
Измерение параметров свежеизготовленных активных элементов, из выращенных кристаллов, таких как усиление и неактивные потери, является насущной проблемой, при их производстве. Для этой задачи хорошо подходит метод Финдлэя-Клэя, однако он требует большого набора зеркал с различными коэффициентами отражения. Разработка этого метода с использованием выводного внутрирезонаторного зеркала, является актуальной. Это позволит резко упростить применение этого метода.
Метод Финдлэя-Клэя был взят в основу настоящей работы и который, позволяет определять неактивные потери и таким образом охарактеризовать качество АЭ. Данный метод является мощным и простым средством для характеристики усиления и потерь активной среды. Данный метод может использоваться, как для непрерывного, так и импульсного лазера. Точность метода сильно зависит от способа определения порога лазерной генерации. Резонансные потери и коэффициент усиления в лазерном материале играют роль в процессе оптимизации лазерной системы, особенно при модуляции добротности. Эти два параметра также могут определять эффективность лазера, а также являются ключевыми параметрами для оптимизации системы с модуляцией добротности.
Целью работы являлось получение исходных данных для разработки модифицированного метода Финдлэя-Клэя на примере Nd:YAG лазера с применением внутрирезонаторного выводного зеркала.
В работе был освоен метод Финдлея-Клея. На лазере, который работал в режиме свободной генерации, изучены характеристики активного элемента Nd:YAG лазера с накачкой от ксеноновой лампы. Определены значения неактивных потерь активной среды и коэффициента усиления на пороге генерации, которые составили 0,1 и 0,033 см-1 соответственно.
Исследованы выходные характеристики лазера с применением внутрирезонаторного выводного зеркала. Измерены эффективность выводимого излучения, от положения выводного зеркала и пороги генерации. Эти полученные данные будут использованы в дальнейшем, для разработки модифицированного метода Финдлея - Клея.
