Страница 133 из 161
Лазеры, использующие неодимовое стекло, важны прежде всего потому, что они являются примером твердотельного материала, отличного от синтетических кристаллов. Также определенные стекла, допированные неодимом, обладают большими выходными энергиями на единицу объема материала. � наконец, стеклянная матрица позволяет иметь лазеры в виде стержней или волокон.
В тот же год лазерная генерация была получена Л. Джонсоном, Г. Бойдом, К. Нассау и Р. Соденом из Bell Labs на кристаллах вольфрамата кальция, допированного неодимом. �х лазер при охлаждении жидким азотом работал в непрерывном режиме. Длина волны генерации была 1,06 мкм.
В декабре 1961 г. ARPA (Advanced Research Projects Agency агентство, организованное в 1959 г. для поддержки фундаментальных исследований в области перспективных военных технологий) организовало научный комитет, который установил высшие приоритеты исследований лазеров на рубине и стекле. На следующий год Снитцер получил излучение в волокне диаметром 32 мкм. Сегодня на основе волокон, допированных редкими землями, создаются прекрасные лазеры и усилители, с успехом используемые, в волоконно-оптических системах связи.
Трехвалентный РёРѕРЅ неодима был введен РІ большое число матриц. РћРґРЅР° РёР· РЅРёС… решетка кристалла Y3Al5O12, который обычно обозначается как YAG (сокращение для иттрий-алюминеевого граната). РЈСЂРѕРІРЅРё неодима РІ РЅРёС…, РїРѕ существу, РѕРґРЅРё Рё те же, РЅРµ зависящие РѕС‚ матрицы. Лазер YAG работает как РІ импульсном, так Рё РІ непрерывном режиме. Ртот лазер был сделан РІ Bell Labs Дж. Гейзеком Рё Р•. Сковилом. РћРЅРё РІ 1962 Рі. написали РѕР±Р·РѕСЂРЅСѓСЋ статью Рѕ мазерах Рё лазерах, РІ которой обсуждалась аналогия оптической накачки лазера Рё термодинамической, тепловой, накачкой. Рта аналогия дала критерий отбора лазерных материалов, который позволил отобрать около 40 кристаллов, среди которых был Рё YAG. Проблемой СЃ этими материалами было то, что РЅРµ было достаточно длинных кристаллов. Благодаря сотрудничеству СЃ отделением Union Carbide удалось разработать достаточно длинные кристаллы высокого оптического качества Рё продемонстрировать преимущества этого лазера, который является альтернативой РґСЂСѓРіРёРј мощным лазерам (СЂСѓР±РёРЅ Рё РЎO2). Ртот лазер является примером междисциплинарного сотрудничества, типичного для крупных американских лабораторий, которое позволило Р·Р° пару лет разработать новый лазер СЃ исключительными характеристиками.
Лазеры на органических красителях
Если большинство лазеров, которые РјС‹ рассмотрели, появились РІ результате высокоскоординированных усилий Рё требовали развития передовых технологий (это объясняет, почему РѕРЅРё РІСЃРµ появились РІ РЎРЁРђ), то случай органических красителей (просто красителей) можно рассматривать как совершенно отличающийся. Первый лазер этого типа появился случайно благодаря лазерной методике, называемой модуляцией добротности, которую предложил РІ 1961 Рі. Роберт Хелворт РёР· Hughes Research Lab. Ртот метод, как отмечалось выше, позволяет РІ РѕРіСЂРѕРјРЅРѕР№ мере увеличить импульсную мощность лазерного излучения путем генерации гигантских импульсов. Суть метода заключается РІ следующем. Р’ период накачки, добротность резонатора искусственно поддерживается РЅР° РЅРёР·РєРѕРј СѓСЂРѕРІРЅРµ Рё генерация РЅРµ возникает. Отсутствие генерации позволяет получить большую инверсную населенность (РїСЂРё генерации вынужденное излучение обедняет верхний лазерный уровень). Р’ момент достижения максимального значения инверсной населенности быстро включается максимальная добротность резонатора (резко уменьшаются его потери). Условия генерации оказываются сильно перевыполненными. Р’ результате генерация очень быстро развивается Рё запасенная РІ активной среде энергия высвечивается РІ РІРёРґРµ короткого импульса (его длительность составляет несколько времен РѕР±С…РѕРґР° светом расстояния между зеркалами резонатора). Таким СЃРїРѕСЃРѕР±РѕРј можно получить РѕС‚ СЂСѓР±РёРЅРѕРІРѕРіРѕ лазера одиночный импульс СЃ типичной длительностью 30 РЅРµ Рё мощностью РїРѕСЂСЏРґРєР° десятков или сотен миллионов ватт (мегаватт).
Вначале осуществление этого метода было очень грубым[11]. Внутри резонатора, С‚.Рµ. между зеркалами, помещался быстро вращающийся РґРёСЃРє РёР· непрозрачного материала, РІ котором была щель, открывающая путь свету (для быстрого открытия щель располагалась РІ общем фокусе РґРІСѓС… линз, которые фокусировали параллельный пучок Рё СЃРЅРѕРІР° превращали его РІ параллельный). Накачка светом импульсной лампы производилась РІ тот интервал времени, РєРѕРіРґР° РґРёСЃРє перекрывал свет между зеркалами. Р’ момент, РєРѕРіРґР° инверсная населенность оказывалась максимальной, щель открывала путь свету, так что получался резонатор СЃ минимальными потерями. Рта система давала слишком медленное включение добротности Рё была неудобна РІ обращении. Часто получался РЅРµ РѕРґРёРЅ, Р° РґРІР° или три импульса СЃ меньшей мощностью.