Лазерные активные элементы

Вещество, в котором в процессе возбуждения накачкой может быть соз­дана активная лазерная среда, обладающая способностью усиливать электромагнитное излучение на частотах лазерного перехода, являет­ся лазерным веществом. Основу любого лазера составляет активный элемент — некоторая твердая, жидкая либо газообразная среда, со­держащая специально выбранные атомы, ионы или молекулы, которые в результате квантовых процессов взаимодействия между собой и по­лем накачки генерируют лазерное излучение. Эти атомы, ионы и моле­кулы называют активными центрами (активаторами). Количество ак­тивных центров в 1 см3 активной среды (населенность) сравнительно мало: в твердых и жидких средах ~1019…1020, в газообразных 1015… …1017.

Прежде всего, рассмотрим конденсированные твердые диэлектри­ческие активные среды: ионные кристаллы и лазерные стекла, активи­рованные редкоземельными элементами. Активная среда состоит из двух компонентов: матрицы (кристаллической или стеклянной осно­вы) и равномерно распределенных в ней активаторов. Ионы активатора находятся в кристаллической основе в положении изоморфно замещен­ных ионов; поэтому радиус иона активатора должен совпадать с радиу­сом замещаемого иона матрицы, что приводит к появлению энергети­ческих уровней в запрещенной зоне матрицы. Структура энергетичес­ких уровней кристалла определяется активатором, причем в энергети­ческом спектре активной среды образуются области селективного по­глощения и спонтанной люминесценции.

В результате взаимодействия активатора с электромагнитным полем кристаллической решетки наблюдаются уширение и некоторый сдвиг энергетических уровней. Магнитное взаимодействие атомов активатора друг с другом и тепловые колебания решетки также приводят к изме­нению энергетического спектра активной среды. Атом активатора дол­жен иметь метастабильный уровень с большим временем жизни и ши­рокую полосу поглощения. Материал матрицы должен быть оптически прозрачным, иметь высокую твердость и теплопроводность, термичес­кую и химическую стойкость.

Из всего многообразия ионных кристаллов обратим внимание на рубин (см. п. 4.2), -корунд (), активированный ионами хрома (Сг3+), и на следующий по значению и распространению лазерный ма­териал —иттрий-алюминиевый гранат , активированный неодимом и хромом. Активаторами граната являются также редкозе­мельные элементы Но3+, Ег3+, УЬ3+. Структура кристалла имеет объемно-цен­трированную кубическую решетку и практически четырехуровневый энергетический спектр.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector