Страница 132 из 161
Ртот лазер был скорее любопытен, чем практичен. Р’ настоящее время генерацию РЅР° этих длинах волн более легко получают РґСЂСѓРіРёРјРё методами, Рє тому же цезиевые пары ядовиты.
Неодимовый лазер
Другой лазер, запущенный РІ 1961 Рі. Рё РІСЃРµ еще остающимся РѕРґРЅРёРј РёР· главных, лазер РЅР° неодимовом стекле. Р’ 19591960 РіРі. Американская Оптическая Компания также заинтересовалась лазерными исследованиями, которые РїСЂРѕРІРѕРґРёР» РѕРґРёРЅ РёР· ее ученых, Рлиас Снитцер. Рта компания первоначально концентрировалась РЅР° оптических приборах Рё офтальмологических изделиях. РћРЅР° также была сильна РІ области изготовления стекла Рё изделий РёР· него. Р’ течение 1950-С… РіРі. компания решила расширить производство Рё, поэтому запустила исследовательские проекты РІ новых областях, таких как военная электрооптика Рё волоконная оптика. Рлиас Снитцер был РїСЂРёРЅСЏС‚ РІ начале 1959 Рі. РІ исследовательскую РіСЂСѓРїРїСѓ Рё начал СЃРІРѕРё работы РїРѕ распространению электромагнитных волн РІ оптических волокнах. Для компании эта работа принесла патенты РІ области волоконной оптики Рё укрепила ее РёРјРёРґР¶ РІ этой области РІ научном РјРёСЂРµ. Снитцер уловил СЃРІСЏР·Рё между исследованиями оптических волокон Рё лазерными работами. Поскольку стеклянное волокно может поддерживать РјРѕРґС‹ электромагнитного излучения, то его можно превратить РІ лазерный резонатор, если РЅР° его концах разместить зеркала. Рто предположение было интересно, поскольку РІ научной среде были сомнения, будет ли работать резонатор ФабриПеро. Стекло само РїРѕ себе может стать лазерным материалом, если его допировать подходящим веществом, таким как самарий или иттербий, Рё накачивать требуемые СѓСЂРѕРІРЅРё СЃ помощью некогерентного света, посылаемого либо через поверхность, либо через торец волокна. Снитцер полагал, что РѕРЅ может даже сконцентрировать больше света накачки РІ волокне, если покроет его тонким слоем стекла СЃ несколько отличающимся показателем преломления.
Р’ начале 1960 Рі. Снитцер СЃ РґРІСѓРјСЏ сотрудниками начал исследования серии стеклянных волокон, допированных ионами, имеющими линии люминесценции РІ РІРёРґРёРјРѕР№ области. Стекло было необычным выбором. Р’СЃРµ исследованные материалы были либо газами, либо кристаллами. После успеха Меймана Снитцер попробовал волокна СЂСѓР±РёРЅР°. До этого РѕРЅ использовал ртутные лампы большого давления, непрерывно испускающие свет. Теперь РѕРЅ приобрел лампы-вспышки. Группа исследовала 200 волокон. Р’ конце 1960 Рі. РѕР±Р° помощника Снитцера были переведены РЅР° закрытый проект Р’Р’РЎ, имеющий цель создать лазерный излучатель СЃ солнечной накачкой. Снитцер остался РѕРґРёРЅ Рё решил перейти РѕС‚ РІРёРґРёРјРѕРіРѕ диапазона Рє инфракрасному. Рто решение означало замену допированных материалов. Р’ инфракрасной области можно было использовать редкие земли: неодим, празеодим, гольмий, СЌСЂР±РёР№ Рё тулий. Снитцер также решил оставить волокна Рё сосредоточиться РЅР° простом стержне допированного стекла. Р’ октябре 1961 Рі. РѕРЅ получил лазерную генерацию РЅР° стержне стекла, допированного неодимом.
�оны неодима, когда они введены в кристаллы или в аморфный материал, подобный стеклу, имеют узкие спектры. �спользование стекла в качестве лазерного материала дает ряд преимуществ. Методы приготовления оптических стекол хорошо освоены, и изготовление стеклянного образца значительно проще выращивания кристалла. Кроме того, оптическое качество стекла несравненно лучше, чем у кристаллов, и можно изготавливать стеклянные образцы значительно больших размеров. Более того, стекла, допированные ионами редких земель (окрашенные стекла), уже производились в течение многих лет, в частности для использования в фотографии.
Р РёСЃ. 59. Рнергетические СѓСЂРѕРІРЅРё РёРѕРЅРѕРІ неодима (Nd3+), включенных РІ стекло (бариевый РєСЂРѕРЅ)
Уровни неодима в стекле показаны на рис. 59. Уровень 4F3/2 является люминесцентным, и лазерные переходы получаются между этим уровнем и уровнями 4I13/2, 4I11/2, 4I9/2 на длинах волн 1,06 1,35 мкм, соответственно. Возбуждение получается путем оптической накачки с основного уровня на уровни, лежащие выше состояния 4F3/2. �меются три уровня поглощения в инфракрасном диапазоне, уровни, которые поглощают в желтой области около 5800 А, и другие уровни, поглощающие главным образом в ультрафиолете. На рис. 59 уровни выше, чем уровень 4F3/2, показаны жирными линиями. �з этих уровней возбужденные атомы распадаются за счет безызлучательных переходов на уровень 4F3/2, с которого и начинается лазерное излучение.