2. Когерентная оптическая накачка
Лазерное излучение часто применяется для накачки других лазеров. Особенно такой способ накачки стал актуальным в связи с появлением высокоэффективных (КПД ≥ 60 %) полупроводниковых лазеров, в частности, высокой привлекательностью пользуются диодные лазеры для накачки твердотельных лазеров. При накачки лазерных АС, которые имеют узкие линии поглощения, необходимо учитывать ширину спектра излучения диодных лазеров. Спектральная ширина диодных лазеров может составлять ~ 1 нм, что хорошо согласуется со спектральной шириной многих твердотельных АС.
Существует два типа геометрии накачки диодными лазерами: 1) продольная накачка, при которой излучение накачки вводят в АС вдоль оси резонатора; 2) поперечная накачка, при которой излучение накачки вводят в АС с одного или нескольких направлений, перпендикулярных оси резонатора.
На рис. 2.5. приведена простейшая оптическая схема линейного резонатора с выходным сферическим зеркалом. Использование блока линеек диодных лазеров в комбинации со световолоконной оптической системой передачи излучения в АС позволяет достичь эффективности преобразования излучения накачки в лазерное излучение до 50 %.
Рис. 2.5. Оптическая схема линейного резонатора с продольной диодной накачкой: ДЛ – диодный лазер; L – плосковыпуклая линза; М1 и М2 – зеркала резонатора; АС – активная среда
При поперечной накачке можно использовать АС в виде пластин либо стержней.
На рис 2.6 показана поперечная конфигурация накачки диодными ла- зерами, передача излучения которых осуществляется с трех сторон с по- мощью световых волокон.
Рис. 2.6. Поперечная конфигурация накачки диодными лазерами: АС – активная среда; 1, 2, 3 – световые волокна; стрелками показан ввод излучения диодного лазера
Пучки, выходящие из каждого волокна, направляются на лазерный стержень напрямую, без использования какой-либо дополнительной фокусирующей оптики. Эффективность передачи излучения по рассматриваемой схеме достигает 80 %.
В табл. 2.1 приведены оценки величин ламповой, поперечной и продольной лазерной конфигураций накачек.
Таблица 2.1 Сравнение КПД ламповой накачки и накачки излучением диодных лазеров
Из табл. 2.1 видно, что излучательная эффективность η и эффектив- ность передачи ηt являются примерно одинаковыми для накачки от лампы и диодного лазера. Почти десятикратное увеличение полного КПД при накачке от диодного лазера обусловлено эффективностью поглощения ηp почти в 6 раз и увеличением квантового выхода накачки ηpq примерно в 1,5 раза.
Также видно, что поперечная и продольная лазерные накачки приблизительно равны при слегка меньшей величине эффективности поглощения ηa для поперечной накачки.
Существенно, что при высокой эффективности и более низком пороге когерентное излучение, по сравнению с некогерентным излучением, имеет дополнительное преимущество в том, что оказывает в 2 раза меньшую тепловую нагрузку на АС, чем ламповая накачка. Это приводит к уменьшению образования тепловой линзы и появлению наведенного двулучепреломления в АС. Эти два эффекта являются важными факторами для получения высокоэффективного пучка лазерного излучения в одной продольной и поперечной моде.