Скачать презентацию 1 Введение 2 3 4 5 6 7 Скачать презентацию 1 Введение 2 3 4 5 6 7

Волоконные лазеры - лекция 3_2012.ppt

  • Количество слайдов: 46

1. Введение. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Твердотельные лазеры нового поколения. Основные схемы 1. Введение. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Твердотельные лазеры нового поколения. Основные схемы оптической накачки. Наиболее распространенные активные среды ТЛПН. Линейные одночастотные чип – лазеры. Лазеры на микросферах. Твердотельные лазеры средней мощности 7. 1. Пути повышения качества излучения. 7. 2. Лазеры с несколькими активными элементами. 7. 3. Слэб - лазеры. 8. Мощные твердотельные лазеры. 9. Расширение функциональных возможностей ТЛПН. 9. 1. Модуляция добротности. 9. 2. Синхронизация мод. 9. 3. Непрерывные перестраиваемые лазеры. 9. 4. Двухчастотные ТЛПН с линейно и взаимно ортогонально поляризованными модами. 10. Дисковые лазеры. 11. Высокопрозрачная лазерная керамика. 12. Заключение.

Области применения современных твердотельных лазеров: • • • в фундаментальной физике, например, при исследовании Области применения современных твердотельных лазеров: • • • в фундаментальной физике, например, при исследовании нелинейных и параметрических процессов при взаимодействии излучения с веществом; при исследовании вещества в сверхсильных электромагнитных полях; при проведении сверхточных измерений в различных областях физики; создание оптических стандартов частоты; лазерное приборостроение; оптическая связь и навигационные системы; лазерная медицина; геодезия и картография; военная техника; Разработка высокоэффективных твердотельных лазеров нового поколения, расширение их функциональных возможностей и методов управления режимами их генерации является актуальной задачей, решение которой способно обеспечить значительный прогресс в большинстве из перечисленных выше направлений.

Твердотельные лазеры с полупроводниковой накачкой (ТЛПН) – новое поколение твердотельных лазеров. Особенности: • применение Твердотельные лазеры с полупроводниковой накачкой (ТЛПН) – новое поколение твердотельных лазеров. Особенности: • применение узкополосных полупроводниковых излучателей для возбуждения твердотельных лазеров, что привело к значительному росту КПД и снижению тепловых нагрузок активных элементов; • использование монолитных и полумонолитных конструкций, позволивших объединить в одном элементе активную среду, оптический резонатор и (в ряде случаев) элементы управления; • применение новых активных сред, среди которых следует отметить среды, обладающие большими коэффициентами усиления, и среды с нелинейно – оптическими свойствами, что позволило расширить функциональные возможности твердотельных лазеров; • высокая надежность и большой рабочий ресурс полупроводниковых излучателей; • внедрение новых технологий (высокоселективные диэлектрические покрытия, фазированные полупроводниковые излучатели и др. ).

 • коэффициент полезного действия ТЛПН почти на порядок превышает КПД твердотельных лазеров с • коэффициент полезного действия ТЛПН почти на порядок превышает КПД твердотельных лазеров с ламповой накачкой; • высокая временная и частотная стабильность; • использование для накачки практически безинерционных полупроводниковых излучателей позволяет легко реализовать режим синхронизации мод и быстродействующую обратную связь, облегчающую стабилизацию выходных параметров излучения ТЛПН; • малые габариты; • отсутствие водяного охлаждения ( при средних мощностях излучения до 1 Вт); • высокая надежность полупроводниковых излучателей и большой срок их службы, превышающий, как правило , 104 час.

Спектр поглощения алюмоиттриевого граната легированного неодимом (Nd+3: YAG) Спектр излучения криптона при различных плотностях Спектр поглощения алюмоиттриевого граната легированного неодимом (Nd+3: YAG) Спектр излучения криптона при различных плотностях тока в плазме. Спектр излучения ксенона при различных плотностях тока в плазме.

Спектр поглощения алюмоиттриевого граната легированного неодимом (Nd+3: YAG) Спектры излучения лазерных диодов Спектр поглощения алюмоиттриевого граната легированного неодимом (Nd+3: YAG) Спектры излучения лазерных диодов

 • стабильность непрерывной генерации, одномодовый и одночастотный характер генерации, предельно малая ширина спектра, • стабильность непрерывной генерации, одномодовый и одночастотный характер генерации, предельно малая ширина спектра, низкий уровень шумов - для лазеров, используемых в метрологии, лазерной спектроскопии, при проведении прецизионных измерений; • возможность реализации стабильного импульсно – периодического режима при средней мощности излучения порядка нескольких десятков ватт – для лазеров, применяемых в медицине, военной технике, технологических процессах; • для технологических лазеров основными являются высокая мощность (порядка сотен ватт и выше) излучения и высокий КПД, а также желательно одномодовый характер излучения; В соответствии с основными направлениями практического применения ТЛПН довольно ясно просматриваются и основные тенденции их развития. Эти тенденции обусловлены, во – первых, совершенствованием конструктивных особенностей ТЛПН и схем их возбуждения, и , во – вторых, расширением функциональных возможностей таких лазеров.

Для накачки твердотельного лазера могут быть использованы один или несколько независимых полупроводниковых лазеров (лазерных Для накачки твердотельного лазера могут быть использованы один или несколько независимых полупроводниковых лазеров (лазерных диодов), либо полупроводниковые лазерные линейки, либо двумерные матрицы. a) в) HT (0. 810) HR (1. 064) Pp(0. 810) Pp(0. 785) Pout (1. 064) 5 3 5 2 1 4 Pout (1. 064) Nd: YAG 6 8 HT (0. 810) HR (1. 064) 1 4 3 2 4 5 б) HT (0. 810) HR (1. 064) Pp(0. 810) HT (0. 810) HR (1. 064) 6 Nd: YAG 6 3 5 4 Pout (1. 064) 1 6 7 5 г) HT (0. 785) HR (2. 0 -2. 1) Pp(0. 785) Pout (2. 097) Tm: YAG 6 Ho: YAG 3 5 4 1 2 Рис. 1. Основные схемы продольной накачки: - односторонняя схема накачки (а); - двусторонняя схема накачки (б); - торцевая схема, использующая два полупроводниковых лазера (в); - схема с внутрирезонаторным преобразованием длины волны накачки (г). 1 – глухое зеркало резонатора (часто наносится непосредственно на торец активного элемента); 2 – выходное зеркало резонатора; 3 – активный элемент; 4 – микрообъектив; 5 – лазерный диод; 6 – термостабилизатор; 7 – дополнительное селективное зеркало; 8 – смесительный поляризационный кубик; HR и HT - высокие коэффициенты отражения и пропускания диэлектрических покрытий некоторых элементов лазеров.

б) а) 6 Pp 5 HR (0. 810) HR (1. 064) 3 в) Nd: б) а) 6 Pp 5 HR (0. 810) HR (1. 064) 3 в) Nd: YAG 4 Pout 3 HR (1. 064) Nd: YAG Pout 3 Nd: YAG 2 1 4 4 2 1 Pp Pp 2 6 1 6 Pp 5 HR (1. 064) 4 5 HR (0. 810) 5 Pout 6 Рис. 2. Основные схемы поперечной накачки: - односторонняя схема накачки (а); - двусторонняя схема накачки (б); - схема возбуждения слэб – элемента (в). 1 и 2 – глухое и выходное зеркала резонатора; 3 – активный элемент; 4 – цилиндрическая линза; 5 – полупроводниковая матрица; 6 – термостабилизатор.

4. 1 Элементы из монокристаллов Y 3 Al 5 O 12 : Nd 3+ 4. 1 Элементы из монокристаллов Y 3 Al 5 O 12 : Nd 3+ (YAG : Nd). Элементы из монокристаллов Лазеры на их основе при комнатной температуре позволяют получить генерацию с λ = 0. 946; 1. 06; 1. 12; 1. 3 и 1. 44 мкм. Полосы поглощения в спектральном диапазоне λр ~ 0. 808 – 0. 812 мкм. 4. 2 YAG : Yb – для создания мощных непрерывных лазеров. Длина волны генерации λ = 1. 029 мкм; длина волны накачки λр = 0. 97 мкм, квантовая эффективность – до 89%. 4. 3 Для создания экологически безопасных лазеров, работающих в диапазоне 2 – 3 мкм используются лазеры на ионах Er 3+, Ho 3+, Tm 3+. 4. 4 Кристаллы типа KGd (WO 4)2 : Nd 3+. Для создания миниатюрных ТЛПН. Кристаллы принадлежат к низкопороговым активным средам, обладающим высокой эффективностью при низких мощностях накачки. 4. 5 Кристаллы YVO 4 : Nd 3+, Gd. WO 4 : Nd 3+ - для создания миниатюрных чип – лазеров. Обладают большими (по сравнению с YAG : Nd 3+) сечениями поглощения на длине волны накачки, а также более широкими линиями поглощения.

4. 6 Кристаллы YLi. F 4 (YLF). На кристаллах YLF, активированных 3+, получена генерация 4. 6 Кристаллы YLi. F 4 (YLF). На кристаллах YLF, активированных 3+, получена генерация с λ = 1. 047 и 1. 053 мкм, а при Nd , получена генерация с активировании ионами Er 3+ и Ho 3+ - генерация с λ = 1. 6 и 2. 06 мкм соответственно. 4. 7 Кристалл YAl. O 3 : Nd 3+ (λ = 1. 079 мкм). 4. 8 В последнее время большой интерес вызывают кристаллы, обладающие широкой линией люминесценции и позволяющие получать в режиме синхронизации мод импульсы фемтосекундной длительности: Li. Sr. Al. F 6 : Cr 3+ ( Li. SAF : Cr), Li. Ca. Al. F 6 : Cr 3+ ( Li. Ca. F : Cr), Mg 2 Si. O 4 : Cr 4+ (фостерит). 4. 9 Нелинейно – оптические активные среды для внутрирезонаторного самопреобразования частоты излучения твердотельных лазеров при генерации гармоник: Li. Nb. O 3 : Nd 3+, YAl 3(BO 3)4 : Nd 3+. Термостабилизация элементов лазеров с диодной накачкой сводится к поддержанию необходимой (для совпадения длины волны излучения с полосой поглощения активного элемента) температуры лазерного диода и к термостабилизации самого активного элемента. Точность поддержания температуры ( ~ 0. 01 К).

5. 1 Линейные чип – лазеры. Монолитные линейные чип – лазеры представляют собой короткие 5. 1 Линейные чип – лазеры. Монолитные линейные чип – лазеры представляют собой короткие ( длиной от 0, 1 по 5 мм в направлении генерации) стержни с плоскими или сферическими торцами. 1 2 3 Pout 1 – лазерный диод; 2 – микрообъектив; 3 – активная среда, на торце которой нанесены зеркала Выходная мощность несколько ватт в непрерывном режиме. В импульсном режиме пиковая мощность излучения лазера достигает 600 к. Вт при энергии импульса ~ 5 м. Дж.

6. 1 Лазеры с несколькими активными элементами. Схема лазера, в резонаторе которого находятся два 6. 1 Лазеры с несколькими активными элементами. Схема лазера, в резонаторе которого находятся два активных элемента позволяет получить большие выходные мощности по сравнению с традиционными схемами линейных лазеров. 1 HR (1. 06) HT (0. 81) HR (1. 06) 4 4 Pp (0. 81) Nd: YVO 4 6 3 5 7 6 5 7 Pp (0. 81) Nd: YVO 4 6 3 5 4 Pout (1. 06) 7 6 5 7 4 2 Рис. 6. Принципиальная схема ТЛПН, состоящая из двух z – секций: 1 и 2 – глухое и выходное зеркала резонатора; 3 – активный элемент; 4 – микрообъектив; 5 – лазерный диод; 6 – термостабилизатор; 7 – поворотные зеркала. Накачка осуществляется двадцативаттными диодными матрицами (λр = 0, 81 мкм) со световоднымим концентраторами диаметром 1, 1 мм. Выходная мощность лазера на основной моде ТЕМ 00 составляет 35 Вт при мощности накачки 56, 5 Вт. Оптическая эффективность лазера равна ~ 62%.

6. 2 Слэб - лазеры Слэб – лазеры широко используются при создании ТЛПН средней 6. 2 Слэб - лазеры Слэб – лазеры широко используются при создании ТЛПН средней мощности. В этих лазерах активный элемент имеет прямоугольное сечение, а излучение в нем распространяется по зигзагообразной траектории, испытывая полное внутреннее отражение от плоских граней активного элемента или отражаясь от нанесенных на них покрытий с высоким коэффициентом отражения. Pp Pout Pp Pp б) а) Pout Pp Рис. 8. Принципиальные схемы бокового (а) и торцевого (б) возбуждения слэб - лазеров.

Pout , к. Вт 1. 0 Yb : YAG λ = 1. 029 мкм Pout , к. Вт 1. 0 Yb : YAG λ = 1. 029 мкм λp = 0. 94 мкм б) 0. 5 0 2 4 Pp , к. Вт Рис. 9. Принципиальная схема мощного ТЛПН (сечение плоскостью, перпендикулярной оси резонатора (а), и зависимость выходной мощности ТЛПН на Yb : YAG от мощности накачки (б)): 1 – активный элемент (диаметр 8 мм, длина 118 мм); 2 –охлаждающая жидкость; 3 – прозрачная трубка; 4 – цилиндрическая линза; 5 – полупроводниковые матрицы; 6 – термостабилизатор.

Параметры активной среды Длина волны накачки (мкм) Ширина полосы поглощения (нм) Сечение поглощения (10 Параметры активной среды Длина волны накачки (мкм) Ширина полосы поглощения (нм) Сечение поглощения (10 -20 см 2) Длина волны излучения (мкм) Сечение излучения (10 -20 см 2) Время жизни рабочего уровня (мс) Энергия насыщения (Дж / см 2) Интенсивность насыщения (к. Вт / см 2) Yb : YAG 0. 941 18 0, 77 1. 029 2. 1 0. 95 9. 2 9. 7 Nd : YAG 0. 808 2 6. 7 1. 064 28 0. 23 0. 67 2. 9 Преимущества Yb : YAG лазеров перед Nd : YAG лазерами: 1. Близость полос поглощения и люминесценции ( λ = 1. 029 мкм ↔ λр = 0. 94 мкм; 11% мощности накачки трансформируется в тепло). 2. Большая ширина линии поглощения → малая критичность к длине волны накачки. 3. Более высокая интенсивность насыщения, что позволяет использовать активные элементы малого (несколько миллиметров) диаметра.

7. 1 Модуляция добротности. Применение насыщающихся фильтров, акустических и электрооптических затворов. В качестве просветляющего 7. 1 Модуляция добротности. Применение насыщающихся фильтров, акустических и электрооптических затворов. В качестве просветляющего фильтра может быть использован кристалл YAG : Cr. Параметры импульсов: - длительность несколько нс; - энергия порядка 1, 5 м. Дж Рекордные параметры лазерных импульсов: - энергия импульсов 10 Дж; - частота следования импульсов 10 Гц; - длительность импульсов 20 нс; - расходимость М 2 = 2. Состав установки: - задающий генератор – ТЛПН на Li. YF 4 : Nd+3 (YLF : Nd) (λ = 1. 053 мкм), работающий в режиме модулированной добротности; - восьмипроходный слэб – предусилитель; - основной усилитель (стеклянный активный элемент, активированный ионами Nd+3 размером 523 х 1119 х 20 мм на длине волны 1. 053 мкм), накачиваемый полупроводниковыми матрицами (λр = 0. 808 мкм) мощностью 200 к. Вт.

7. 2 Синхронизация мод. 7. 3 Непрерывные перестраиваемые лазеры. Использование активных сред с шириной 7. 2 Синхронизация мод. 7. 3 Непрерывные перестраиваемые лазеры. Использование активных сред с шириной линий люминесценции Li. Ca. F : Cr, Li. SAF : Cr, Al 2 O 3 : Ti 3+, Mg 2 Si. O 4 : Cr 4+. 7. 4 Генерация гармоник и преобразование частоты. а) Разработка преобразователей частоты (генераторы гармоник, параметрическая генерация, генераторы суммарных и разностных частот). б) Возможность самопреобразования частот в ТЛПН. Использование активных сред, где исскуственным образом созданы распределенные доменные структуры (Li Nb O 3 : Nd 3+).

з 2 з 1 L ω23 ω12 c/2 L АС – активная среда c/2 з 2 з 1 L ω23 ω12 c/2 L АС – активная среда c/2 L ω12= ω23 = с/2 L ω с - скорость света, L – длина резонатора з 2 з 1 ФЭ n 0 , ne АС L d ω23 c/2 L ω12 = c φ/2πL , φ = 2 πd(n 0 – ne)/λ c/2 L

Амплитудные и частотные характеристики двухчастотных лазеров 1. 2. E 12 (ω10 ), E 22 Амплитудные и частотные характеристики двухчастотных лазеров 1. 2. E 12 (ω10 ), E 22 (ω10 ) ω12 (ω10 ) 3. 4. 5. 6. - интенсивности излучения 1 -ой и 2 -ой моды в зависимости от их отстройки от центра линии усиления ω0 - частота межмодовых биений - область устойчивой двухчастотной генерации (диапазон отстроек мод от центра линии усиления, при котором обе моды генерируют) d ω12 = ω12 max - ω12 min ω12 min(ω 12 кр, ω12 синх) - диапазон перестройки межмодового расстояния - минимальное значение межмодового расстояния, при котором существует двухчастотный режим S - фактор связи между модами S≈1 - слабая связь между модами S <<1 - сильная связь между модами

Двухчастотный Nd 3+: YAG лазер с продольной полупроводниковой накачкой 3 4 5 6 7 Двухчастотный Nd 3+: YAG лазер с продольной полупроводниковой накачкой 3 4 5 6 7 8 9 1 2 1 - полупроводниковый лазер накачки; 2 - термоэлектрический холодильник; 3 - фокусирующий объектив; 4 – внутреннее зеркало резонатора; 5 – активный элемент Nd 3+ : YAG ; 6 – диафрагма; 7 – фазоанизотропный клин; 8 – выходное зеркало резонатора; 9 – пьезокерамика.

Схема экспериментальной установки для исследования амлитудно-частотных характеристик двухчастотного лазера Nd: YAG Радиочастотный генератор Быстрый Схема экспериментальной установки для исследования амлитудно-частотных характеристик двухчастотного лазера Nd: YAG Радиочастотный генератор Быстрый фоприемник 12(x) Высокочастотный генератор 45 12 Анализатор спектра Частотный детектор Поляризатор Oптическая развязка Фотодетектор Линза Интерферометр Фабри-Перро E 20) Поляризатор 2 1 ( Oсциллограф Фотодиоды E 2 20) 2( Поляризатор

Осциллограмма спектра мод двухмодового Nd : YAG лазера для ω12 = 3 ГГц Осциллограмма спектра мод двухмодового Nd : YAG лазера для ω12 = 3 ГГц

Экспериментальные зависимости E 12 и E 22 от ω20 : а) ω12 = 2, Экспериментальные зависимости E 12 и E 22 от ω20 : а) ω12 = 2, 5 ГГц, б) ω12 = 1, 5 ГГц а) б)

Экспериментальная зависимость области двухмодовой генерации d от межмодового расстояния ω12 d , ГГц , Экспериментальная зависимость области двухмодовой генерации d от межмодового расстояния ω12 d , ГГц , GHz 12 , ГГц 12

5 2 1 двухчастотный Nd: YAG лазер; 2 полупрозрачное зеркало; 3 поляризатор; 4 вибрирующий 5 2 1 двухчастотный Nd: YAG лазер; 2 полупрозрачное зеркало; 3 поляризатор; 4 вибрирующий объект ; 5 поворотное зеркало; 6 анализатор спектра для контроля межмодового расстояния 12 ; 7 фотоприёмник; 8 анализатор спектра для измерения амплитуды и скорости вибраций. 90 1 3 3 45 4 0 7 2 12 5 6 3 7 45 U 5 12 D 9 D , Для где , N отношение амплитуд спектральных составляющих.

2 3 4 5 1 3 6 4 123456 7 1 двухчастотный Nd: YAG 2 3 4 5 1 3 6 4 123456 7 1 двухчастотный Nd: YAG лазер; 2 полупрозрачное зеркало; 3 поляризатор; 4 фотоприёмник; 5 анализатор спектра; 6 модулятор; 7 цифровой вольтметр.

U, d. B 12, MHz U, d. B 12, MHz

В лазерах этого типа активная среда выполнена в виде тонкого (100 – 300 мкм В лазерах этого типа активная среда выполнена в виде тонкого (100 – 300 мкм и диаметром до нескольких мм) диска, прикрепляемого к теплоотводящей охлаждающей поверхности. Устройство активного элемента: а)схема устройства; б)тонкий диск, напаянный на подложку

 Мощность излучения дискового лазера может регулироваться увеличением (уменьшением) накачиваемого диаметра диска при постоянной Мощность излучения дискового лазера может регулироваться увеличением (уменьшением) накачиваемого диаметра диска при постоянной интенсивности накачки и / или использовании нескольких дисков. Мощность излучения до 10 к. Вт.

Сравнение температурного профиля стержневых систем и дискового лазера. Рис. 9. Температурные стержневого лазеров. профили Сравнение температурного профиля стержневых систем и дискового лазера. Рис. 9. Температурные стержневого лазеров. профили дискового и

Дисковый резонатор Дисковый резонатор

Основные достоинства керамики: • относительная простота, быстрота и дешевизна её изготовления; • возможность производства Основные достоинства керамики: • относительная простота, быстрота и дешевизна её изготовления; • возможность производства керамики больших геометрических размеров с высокой концентрацией активных центров; • возможность создания многослойных керамик из материалов, из которых невозможно вырастить монокристаллы методом Чохральского; • на основе керамической активной среды могут быть созданы сравнительно недорогие и высокоэффективные технологические лазеры , а также крупномасштабные лазерные системы, способные работать в импульсно – периодическом режиме в отличии от известных систем, реализуемых на стеклах с неодимом; • создание технологии производства оптически прозрачных и сверхпрочных материалов больших геометрических размеров с различными магнитной и диэлектрической проницаемостями представляет интерес для оптики, атомной промышленности, авиации и т. д.

 • Прорывным достижением в этом направлении явилась разработка в Японии прозрачной оксидной керамики. • Прорывным достижением в этом направлении явилась разработка в Японии прозрачной оксидной керамики. • Такая керамика по своим технико – экономическим показателям существенно превышает используемые в настоящее время лазерные кристаллы и стекла. • В подходе, развитом японскими учеными, производство Nd : YAG ( неодим в иттрий алюминиевом гранате) керамики осуществляется из простых оксидов и химических соединений Al, Y – элементов и обязательным использованием на промежуточных этапах наноматериалов. • В настоящее время данная керамика используется как в коммерческих, так и в военных целях: - из оптической керамики изготавливаются линзы для плоских объективов фотоаппаратов фирмы Toshiba; - в лаборатории Lawrence Livermore (USA) создан лазер для тактического военного применения с мощностью 67 к. Вт. • Коммерческое предложение Nd: YAG керамики определяется монопольно двумя японскими компаниями, результаты которых являются выдающимися и уникальными.

- - Пенсильванский Государственный университет (США); Шанхайский Институт керамики (КНР); ИРЭ РАН (г. Фрязино) - - Пенсильванский Государственный университет (США); Шанхайский Институт керамики (КНР); ИРЭ РАН (г. Фрязино) (Россия); ИЭФ Ур. О РАН (г. Екатеринбург) (Россия). В Японии на наиболее широко используемых керамиках из Nd: YAG и Nd: Y 2 O 3 получены КПД лазерной генерации 46 и 32 %, соответственно. В Китае на керамике из Nd: YAG реализован КПД ~ 16%. В России ~ 30% (ИРЭ РАН) на керамике из Nd: YAG и на керамике из Nd: Y 2 O 3 - 15% (ИЭФ Ур. О РАН совместно с ИЛФ СО РАН). Объем финансирования работ по оптической керамике в Китае и США составляет ~ 20 млн. $ в год.

Основой для создания высокопрозрачной оптической керамики является нанопорошки. Схема экспериментальной установки для получения нанопорошков. Основой для создания высокопрозрачной оптической керамики является нанопорошки. Схема экспериментальной установки для получения нанопорошков. 1 – привод; 2 – мишень; 3 – камера; 4 – вентилятор; 5 – циклон; 6 – электрофильтр; 7 – механический фильтр; 8 – линза; 9 – воздух; 10 – излучение лазера.

В экспериментах использовался импульсно – периодический СО 2 лазер со следующими параметрами: • средняя В экспериментах использовался импульсно – периодический СО 2 лазер со следующими параметрами: • средняя мощность - 650 Вт; • пиковая мощность излучения - 11, 2 к. Вт; • диаметр светового пучка на выходном окне - 35 мм; • длительность импульса излучения на полувысоте – 145 мкс; • частота следования импульса - 435 Гц; • скорость перемещения луча по поверхности мишени - 20 см/с; • смещение мишени - 0, 045 см за время между импульсами; • рабочий газ - воздух или смесь N 2 и O 2 в соотношении 0, 79 : 0, 21 по объему; • скорость газа в области поверхности мишени – 15 м/с; • мишени для испарения спекались из коммерческих порошков Y 2 O 3 и Nd 2 O 3 чистотой порядка 99. 99%; В результате были получены нанопорошки оксида иттрия с содержанием оксида неодима СNd = 0; 1; 3 моль % . Анализ порошка на электронном микроскопе показал наличие трех фракций: • первой (93 – 97 масс. %) – сферические частицы размером 2 – 40 нм; • второй - частицы размером 0, 20 - 2 мкм; • третий – бесформенные частицы размером до 100 мкм.

Изготовление компактов из нанопорошка производилось методами сухого одноосного магнито – импульсного прессования и шликерного Изготовление компактов из нанопорошка производилось методами сухого одноосного магнито – импульсного прессования и шликерного литья. • Порошок , засыпанный в пресс – форму, прессовался при давлении 0, 5 – 1, 5 ГПа; • размер дисков – компактов – диаметр 15 или 32 мм; • толщина дисков - 0, 5 ÷ 2, 5 мм; • плотность – 2, 75 ÷ 4, 0 г/см 3. Для устранения органических включений и релаксации остаточных напряжений компакты отжигались на воздухе. Параметры спекания: • Температура спекания - (1550 ÷ 2050)0 С; • Время спекания – (1 ÷ 30) часов при скорости нарастания температур 0, 75 и 5, 0 К / мин. После спекания образцы отжигались, шлифовались и полировались. Из такой керамики изготавливались плоскопараллельные пластины толщиной 0, 5 ÷ 2, 5 мм. Исследования на электронном и оптическом микроскопах показали, что керамика представляет собой плотно упакованные кристаллиты, средние размеры d которых увеличиваются с ростом температуры и времени спекания : d = 0, 5 ÷ 1; 5 ÷ 10; 30 ÷ 50 и 100 ÷ 300 мкм при Tсп = 1525 ÷ 1550; 1670 ÷ 1750; 1850 ÷ 1900 и 20500 С, соответственно.

Существует три типа дефектов: поры, включения и локальные образования, отличающиеся показателем преломления. Существует три типа дефектов: поры, включения и локальные образования, отличающиеся показателем преломления.

 • • 1 - образец нагревается с VT = 0, 75 К/мин, 2 • • 1 - образец нагревается с VT = 0, 75 К/мин, 2 - образец нагревается с VT = 5 К/мин. Для образцов I типа (VT = 5 К/мин) характерны спектры поглощения с неизменной интенсивностью полос поглощения Nd при изменении Тs в диапазоне 1800 – 2050 0 С. • Спектр поглощения образцов керамики, спеченной при Тs = 1900 0 С: В спектрах поглощения всех образцов керамики доминируют полосы иона неодима. Для образцов II типа (VT = 0, 75 К/мин), по сравнению с образцами I типа, почти двукратно возрастает интенсивность всех полос поглощения Nd. Усиливается сплошное поглощение , особенно в области λ ≤ 600 нм.

Рис. 11. Зависимость выходной мощности генерации образца керамики от мощности накачки. • • Параметры Рис. 11. Зависимость выходной мощности генерации образца керамики от мощности накачки. • • Параметры лазера: длина активной среды - 1, 1 мм; длина резонатора - 1, 6 мм; накачка производилась тремя 2 Вт лазерными диодами; на торцы активного элемента наносились просветляющие покрытия длины волны 1, 08 мкм с отражением не более 0, 2 %; глухое зеркало – коэффициент отражения 99, 9 % на длине волны 1, 08 мкм и пропускания 97% на длине волны накачки (0, 806 мкм); вогнутое зеркало – радиус кривизны 80 мм, коэффициент отражения 97 % на длине волны генерации; излучение накачки фокусировалось на зеркальную поверхность образца линзой Л в пятно диаметром 150 мкм; оптическая эффективность генерации на длине волны 1, 0786 мкм составила 10%, дифференциальная эффективность – 15%.

 • В настоящее время развитие твердотельных лазеров с полупроводниковой накачкой идет в направлении • В настоящее время развитие твердотельных лазеров с полупроводниковой накачкой идет в направлении совершенствования конструктивных особенностей и оптимизации выходных характеристик: – высокостабильных одночастотных монолитных миниатюрных линейных и кольцевых лазеров; – слэб – лазеров мощностью несколько десятков ватт; – лазеров с выходной мощностью более 1 к. Вт; – лазеров с самопреобразованием частоты излучения; – волоконных лазеров, преобразованием. включая лазеры с ВКР – • Расширение функциональных возможностей ТЛПН. • Поиск и создание новых высокоэффективных активных сред.