9. Неодимовые лазеры.

В неодимовом лазере генерация осуществляется на переходах трехвалентного иона неодима, легированного в матрицу, которая бывает двух типов. В первом случае матрицей является диэлектрический кристалл Y₃Al₅O₁₂ (иттрий алюминиевый гранат или сокращенно YAG), в котором часть ионов Al³⁺ замещены на ионы Nd³⁺ (доля ионов неодима составляет порядка 1.5 %). Такой лазер обозначается Nd:YAG (неодимовый лазер на гранате). Во втором случае матрицей являются аморфные структуры – фосфатные или силикатные стекла. Такие лазеры называются неодимовыми лазерами на стеклах. Преимущество использования стекол заключается в том, что в них удается легировать существенно большие концентрации неодима – до 10 %. Однако при этом увеличивается степень неоднородного уширения спектральных линий, что приводит к уменьшению коэффициента усиления.

С хема уровней иона неодима представлена на рисунке. Оптическая накачка приводит к переходам из основного состояния ⁴I_9/2 в несколько возбужденных состояний, которые, так же как и в случае рубинового лазера, представляют собой широкие полосы, обусловленные большим количеством близко расположенных перекрывающихся уровней. Центры основных полос поглощения приходятся на длины волн 0.73 мкм и 0.8 мкм. Электроны из возбужденных состояний быстро за доли микросекунд безызлучательно релаксируют в состояние ⁴F_3/2. Этот уровень является метастабильным, поскольку переходы с него в нижележащие состояния запрещены в электродипольном приближении. Среди всех излучательных каналов релаксации наибольшим сечением обладает переход ⁴F_3/2→⁴I_11/2, на котором и возникает лазерная генерация на длине волны 1.064 мкм. Попав на нижний лазерный уровень, электрон быстро безызлучательно релаксирует в основное состояние, так что его населенность остается всегда практически равной нулю.

Таким образом, неодимовый лазер работает по классической четырехуровневой схеме накачки.

10. Устройство излучателя стержневого твердотельного лазера.

К вантрон - основной элемент излучателя лазера, состоящий из отражателя, одного или нескольких активных элементов, одной или нескольких ламп накачки, которые конструктивно расположены в общем корпусе.

11. Дисковые лазеры

Принцип работы дискового лазера основан на использовании охлаждаемого кристалла в форме диска. Высокая эффективность охлаждения лазерной среды обеспечивается за счет большой площади поверхности диска в сравнении с его объемом.

Из-за того, что стержневой лазер охлаждается через цилиндрическую поверхность кристалла, то температура будет повышаться от переферии к центру. Зависимость показателя преломления от температуры приводит к возникновению эффекта тепловой линзы. Такая линза ухудшает качество выходящего луча и ограничивает его выходную мощность.

Тонкий диск, напротив, охлаждается через покрытие с обратной стороны кристалла с высокими отражающими свойствами, при этом температура распределена по поверхности равномерно, что не приводит к появлению

эффекта тепловой линзы.