Твердотельные лазеры

частиц увеличивается на несколько порядков по сравнению
с газом, что

Свойства твердотельных лазеров

Активными центрами являются
ионы переходных металлов,
внедренные в кристаллическую
матрицу в виде примесей

Переходы запрещены в приближении
электрического диполя, и времена жизни
верхних лазерных уровней составляют
единицы и десятки миллисекунд

Влияние кристаллического поля
решетки кристалла на энергетические
состояния примесных ионов
достаточно слабое

Процессы безызлучательной
релаксации проявляются слабо

котором
0.05% ионов Al3+ замещены на ионы Cr3+
Накачка и

Для лазеров кристаллы специально выращиваются

Ион хрома имеет широкие полосы поглощения в фиолетовой и зеленой
спектральных областях

Состояния 4F1 и 4F2 вследствие эффекта Штарка расщеплены на ряд
близкорасположенных уровней, давая широкие полосы поглощения в
зеленой и фиолетовой спектральных областях с центрами на длинах волн
0.55 мкм и 0.42 мкм

иона хрома в Al2O3

за времена порядка пс
безызлучательно релаксирует в состояния

Расстояния между уровнями и составляет 29 см-1, переходы из них в
основное состояние запрещены в приближении электрического диполя

Схема накачки - трехуровневая

Две длины волны генерации - 692.8 нм и 694.3 нм

Накачка - оптическая

Источники накачки - импульсные ксеноновые или ртутные лампы

Активная среда - цилиндрический рубиновый стержень диаметром 2-3 см
и длиной от 5 см до 30 см

концентрации ионов хрома приводит к увеличению
интенсивности тушения люминесценции
из-за

Ширина линий усиления составляет порядка 10 см-1

однородное уширение обусловлено взаимодействием ионов хрома с
фононами кристаллической решетки

неоднородное уширение возникает из-за пространственной
неоднородности внутрикристаллического электрического поля

Режимы генерации

импульсный

импульсно-периодический с водяным охлаждением

непрерывный (накачка – ртутные лампы высокого давления)

порядка 1 мс
модуляция добротности
синхронизация мод - выходная мощность импульса

Неодимовый лазер

Генерация осуществляется на переходах трехвалентного иона неодима,
легированного в матрицу

диэлектрический кристалл Y3Al5O12 (иттрий алюминиевый гранат или
сокращенно YAG), в котором часть ионов Al3+ (1.5%) замещены на
ионы Nd3+

аморфные структуры – фосфатные или
силикатные стекла

количеством близко расположенных перекрывающихся уровней с
центрами на длинаъ волн

Далее электроны за доли микросекунд безызлучательно релаксируют в
метастабильное состояние 4F3/2

Лазерная генерация возникает на длине волны 1.064 мкм на переходе
4F3/2→4I11/2

С нижнего лазерного уровня электрон быстро безызлучательно релаксирует
в основное состояние

Схема накачки - четырехуровневая

В Nd:YAG лазере линия уширена однородно с шириной 6.5 см-1

В лазере на стекле линия уширена неоднородно с шириной порядка 200 см-1

длительностях 10 пс)
Источники накачки
ксеноновые лампы
криптновые лампы
Режимы генерации
импульсный
импульсно-периодический (мощность может достигать

непрерывный (мощность может достигать сотен ватт)

В лазере на стекле в режиме синхронизации мод можно получить
длительности импульсов в несколько раз меньше по сравнению с лазером
на гранате, что обусловлено более широкой линией усиления