2.2.2. Лазер на иттриево-алюминиевом гранате
Является более широко используемым твердотельным лазером в силу компактности конструкции и высокой средней мощности излучения.
Генерация осуществляется на переходах ионов неодима (Nd3+), которые вводятся в кристалл основного материала – Y3Al5O12-иттриево-алюминиевый гранат (YAG). Он имеет высокую теплопроводность, большую механическую стабильность, хорошие оптические свойства и может быть выращен до необходимых размеров. В лазерах используются кристаллы диаметром 3-7 мм и длиной 9-150 мм. Nd : YAG-лазер работает по четырехуровневой схеме. Лазер дает ИК-излучение с длиной волны 1,064 мкм при длине волны накачки 0,5-0,9 мкм с интенсивностью примерно в три раза меньшей.
Накачка может быть выполнена лампами дугового разряда с инертным газом (криптон или ксенон). Устройство накачки состоит из двойного эллиптического отражателя с золотым напылением, что обеспечивает высокий коэффициент отражения (рис. 44). Цилиндрический стержень из материала Nd : YAG располагается в общем фокусе, а лампы – в двух других фокусах. Такое устройство обеспечивает высокий КПД накачки. Система охлаждается путем циркуляции дистиллированной воды вокруг стержня и лампы.
Рис. 44. Устройство накачки с эллиптическим отражателем
При таком способе накачки схема Nd : YAG-лазера аналогична рубиновому лазеру.
Кроме рассмотренной применяется накачка другим лазером (например, диодными лазерами).
В большинстве конструкций лазеров активная среда одновременно служит оптическим резонатором, зеркала которого напыляются на торцах кристаллического стержня. Второй вид основан на применении открытого (внешнего) типа резонатора. В этом случае можно влиять на поле излучения в резонаторе посредством диафрагм, модуляторов или оптических затворов. Nd : YAG-лазеры работают как в импульсном, так и в непрерывном режиме и дают среднюю выходную мощность до 1000 вт. Эти лазеры относятся к классу технологических лазеров и используются для лазерной сварки и резки различных материалов. В отечественной медицине используются лазерные установки. "Радуга-1", Якорь-1", "Литотрикор" и др.
Универсальная офтальмологическая установка "Якорь-1" работает в двух режимах: непрерывном и импульсном, излучая соответственно на длинах волн 0,532 мкм и 1,064 мкм при мощности на выходе не менее 400 мВт в непрерывном режиме и энергии импульса от 1,5 до 10 мДж в импульсном режиме. Для создания непрерывного излучения используется Nd : YAG-лазер, а для импульсного – лазер на стекле с неодимом.
2.2.3. Импульсные лазеры в ближнем ик диапазоне
Эти лазеры дают излучение с длиной волны 2-3 мкм с длительностью импульсов от 200 до 500 мкс.
В качестве лазерных сред используют кристаллы с различными концентрациями ионов редкоземельных элементов – тулия, гольмия и эрбия. На процесс накачки у этих лазеров положительно влияет добавление в лазерный кристалл хрома. В качестве основной решетки лазерной среды применяют YAG-кристаллы и другие материалы на основе иттрия (иттриево-скандиево-галлиевый гранат – YSGG, YGG, YSAG и др.).
В медицинских лазерных системах обычно используют цилиндрические стержни длиной 40-100 мм и диаметром 3-7 мм. Принципиальная схема подобного твердотельного лазера имеет следующий вид (рис. 45).
Рис. 45. Принципиальная схема импульсного твердотельного лазера в ИК-диапазоне
Накачка производится лампами-вспышками высокого давления (ксеноновые или криптоновые) с широким спектром возбуждения или лазером накачки (диодным или криптоновым). Так как они излучают на определенной длине волны, возможно целенаправленное заселение возбужденных уровней.
Эрбиевые лазеры в зависимости от используемой основной решетки излучают на длине волны от 2,6 до 3 мкм. Лазерный процесс происходит по четырехуровневой схеме. Тулиевые и гольмиевые лазеры имеют длину волны излучения от 1,7 до 2,1 мкм и работают по трехуровневой схеме.