3. Пичковый

Н епрерывный режим предполагает стационарную инверсию населённостей. Условием достижения последней служит требование достаточно быстрой разгрузки нижнего лазерного уровня. Разумеется, не во всяком веществе имеются квантовые переходы, удовлетворяющие условию и, следовательно, позволяющие осуществить непрерывный режим.

После включения накачки число фотонов в резонаторе от очень низкого уровня шумов начинает расти не сразу, а только по достижении инверсной населенностью [усилением] порогового уровня N_пор = N_ст.

Требуется некоторое время, чтобы излучение в резонаторе достигло заметного уровня. За это время накачка успевает создать избыточную инверсную населенность, что приводит к лавинообразному нарастанию числа фотонов до значения, существенно превышающего q_ст.

Накачка не успевает восполнять расход инверсной населенности, которая падает ниже стационарного уровня и число фотонов в резонаторе быстро спадает – генерируется импульс эквивалентной длительностью в несколько обходов резонатора излучением.

Затем возникают релаксационные колебания. Выход на стационарные значения инверсной населенности и числа фотонов в резонаторе имеет вид затухающих (релаксационных) колебаний.

В режиме стационарной генерации инверсная населенность и число фотонов в резонаторе не зависят от времени.

4. Классификация лазеров

5. Активные среды твердотельных лазеров, основные требования, легирующие элементы (активаторы).

Активная среда – кристаллический или стеклообразный прозрачный диэлектрик активированный специфическими квантовыми системами (ионы активатора, центры окраски).

Стержневые (классические) лазеры – АЭ в виде стержня, охлаждение которого происходит через боковую поверхность.

Дисковые лазеры – АЭ в виде диска (короткого стержня), охлаждение осуществляется через задний торец.

Волоконные лазеры – АЭ в виде гибкого тонкого волокна.

Основные требования :

- Интенсивная флуоресценция с квантовым выходом стремящимся к 1.

- Широкая полоса, а ещё лучше – система полос активного поглощения.

- Отсутствие потерь на частоте лазерного перехода.

- Оптические, лучевые, тепловые и технологические требования.

Этим требованиям наиболее полно отвечают твердые растворы элементов с недостроенными внутренними электронными оболочками в диэлектрических прозрачных матрицах.

Легирующие элементы:

- Элементы группы железа с недостроенной 3d-оболочкой.

- Редкоземельные элементы с недостроенной 4f-оболочкой (лантаноиды)

- Актиноиды с недостроенной 5f-оболочкой применяются редко вследствие их радиоактивности.

- Возможно двойное легирование для улучшения активного поглощения, если дополнительная примесь передает энергию генерирующей примеси.

6. Взаимодействие ионов активатора и внутрикристаллических полей.

- Слабое кристаллическое поле.

Этот случай характерен для редкоземельных элементов с незастроенной 4f-оболочкой» которая хорошо защищена от воздействия внешних полей 5s- и 5р-электронами. Поскольку кристаллическое поле слабо влияет на энергетический спектр редкоземельных ионов, то структуры их энергетических уровней в различных матрицах эквивалентам. На всех редкоземельных элементах-лантаноидах получена генерация. Наилучшие результаты получены при использовании иона неодима — Nd3+. Широко применяются эрбий и иттербий. В большинстве случаев лазеры на диэлектриках, активированных редкоземельными элементами, работают по четырехуровневой схеме.

-Среднее кристаллическое поле

Этот случай соответствует ионному типу связи и характерен для элементов группы железа с недостроенной Зd-оболочкой. Возмущающее действие поля кристаллической решетки здесь значительное, поэтому уровни энергии ионов, введенных в кристалл, существенно сдвинуты по сравнению со свободными ионами. Положение энергетических уровней, их ширина, вероятности излучательных и безызлучательных переходов для одного и того же иона в значительной мере определяются матрицей, в которую помещен такой ион. Типичным примером здесь является ион Сr3+ в решетке Аl2О3

- Сильное кристаллическое поле

Этот случай наблюдается у парамагнитных центров, сильно связанных с окружающими ионами. Он характерен для элементов с незастроенными 4d и 5d-оболочками и изредка наблюдается для элементов группы железа. Возмущение поля кристаллической решётки в этом случае имеет порядок энергии взаимодействия электронов друг с другом.

- Абсолютное кристаллическое поле

Возможна активация АС без физического введения примеси-активатора. Такой сценарий возможен при создании определенных дефектов кристаллической решетки, ведущих себя подобно ионам-активаторам. В качестве примера можно привести F-центры в ЩГК и некоторых других соединениях. В этом случае электрон совершает переходы между уровнями, образованными в искаженном поле кристалла.