Yb ДИСКОВЫЙ ЛАЗЕР

40

Yb (

ттербий) в качествеактиватора

Доминирующееположение Nd в качестве легирующего элемента не оказывается

безусловным. Так, Yb может быть использоваться в тех же кристаллических матрицах

(YAG, YVO4

и др.), что и другие редкоземельныеэлементы. Эта ситуация обусловлена

1.

и, таким образом, сильно

превышать допустимую предельную концентрацию 1-2%, характерную для

тем, что

ы Ybмогут достигать 25%конце трации

,

ионов Nd.Следствием

получаемая в единичномобъёме активнойсреды.

2.

эт го является более в

сокая величинаусиления

÷

Таким образом,

, а

линия п глощения для Yb оказывается надлине волны 940 nm

имеем больший квантовый КПД по сравнению с Nd и в результате, припрочих

генерация происходитв диапазоне волн 1030

1120 nm.

(Nd:808 nm)

равных условиях,

меньшей величиной деактивации.

3. активная среда на Yb характеризуется

мощность тепловыделения уменьшаетсяв двараза

Схема энергетических уровней

Геометрия резонатора исхемы накачки

иттербиевого лазера.Точные длины волн

дискового лазера. Для эффективного

переходов зависят от используемой

использования пучка накачки следует

кристаллической матрицы.

применять многопроходовую схему.

температурного расширения подложки, активного элемента и припоя (индий-олово 41

или золото-олово), используемого для закрепления диска на подложке,мало

отличались друг от друга.

лаз рными диодами

.Поглощение

Инверсия заселённостисоздаётся путём накачки

излучения накачки приотражении на дискесоставляет около 15–20%. Для получения

высокого КПД в лазере используется

(обычно 16–32

прохода). Существует много способов реализации многопроходной накачки. Однако

многопроходная схема накачки

повсеместно используется квантрон, состоящийиз параболического зеркала и

нескольких плоских зеркал. При использовании этой схемы до 90%излучения накачки2

поглощается в диске. Достигаемая плотность излучения накачки несколько кВт/см .

Следующим важным преимуществом тонких дисковявляется очень малая величина

оптической неоднородности активного элемента, обусловленная термическими

искажениями при больших мощностях накачки. Так, наведённая

. Действием такой линзы

т пловая линза

можно пренебречь (тепловые линзы в активных элементах в форместержней имеют

имеет фокусн ерасст яние порядканескольком тров

фокусные расстояния порядка десятка сантиметров). Итак, температурный градиент

оказывается направленным почти исключительно по нормали к подложке, а значит

вдоль оси резонатора. Врезультате возникающее пространственное распределение

температуры (её градиента) не влияют столь пагубно накачество генерируемого пучка,

как в традиционных конструкциях твердотельных лазеров.

коль ихметров. Для

Обычно общая длинар зонаторасоставляет отодного до

надежной работы в течение долгого времени оправы зеркал и несущаяконструкция

должны быть жесткимии стабильными. Луч в резонаторе распространяется в воздухе,

поэтому необходим чистый неподвижныйвоздух без пыли внутри резонатора.

Для излучателей с выходной мощностью в несколько киловатт простота и

относительная дешевизна накачки делают технологию тонких дисков

Однако лазеры

конкурентоспособной по сравнению с лазерамина оптическом волокне.

натонкихдисках,работающиев непрерывном режиме и имеющиевыходную

кроется в сложности их конструкции.

ниже, явно неконкурентоспособны. Причина

мощность в несколькос тватт

ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ ПРИ ОТРАЖЕНИИ

И ПРЕЛОМЛЕНИИ СВЕТА. ФОРМУЛЫ ФРЕНЕЛЯ

Связь амплитуд отраженной и преломленной плоских волн с амплитудой падающей

волны даётся формулами Френеля. Эти выражения оказываются различными для

различных состояний поляризации падающейволны. Прежде, чем выписать формулы

Френеля, договоримсяоб обозначениях.

Будемi

использоватьследующие индексы для обозначения волн:

r

- соответствуют падающей «incident» волне

t

- соответствуют отраженной «reflected» волне

θ-i

соответствуютt

прошедшей «transmitted (refracted)» волне.

и

θ

- являются углами падения и преломления.

Закон Снелла

совпадатьz3

составляющие

Из картинки видно, что при отражении увсех волнzдолжны1 z 2

волновых векторов вдоль границы раздела сред:

. Из этого соотношения

следует закон Снелла:

k = k

= k

kz1 = n1 k sinθi ,

kz 2

= n2 k sinθt ,

n1

sinθi = n2 sinθt

Кстатиz1 1,

sin

i ,

k

z3

n1

k

sin

r

k = n k

θ

=

θ

θi

=θr

E - амплитуда электрического поля. Обозначение состояний поляризации

Пусть

привязывается к плоскости падения волны. Плоскость падения – такаяплоскость, в

которой лежат волновой вектор падающей волны (падающий луч) и нормаль кгранице

раздела сред.

E

лежит в плоскости падения (в плоскости рисунка)

«s – поляризация волны» - вектор

E

«

» - вектор

перпендикулярен плоскости падения

p – поляризация волны

При указанном на рисунках выборе направлений поляризации, приходим к

соответствующим выражениям амплитудных коэффициентов Френеля для отраженияr

и пропусканияt

света (выражения в квадратныхскобках). При этом величины углов

и

следуют из законов отражения и Снелла.

θ

“p”

“s”

θi

θi

n1

n1

n2

n2

θt

θt

Erp

= tg(θii

+θtt

) Eip

(1)

Ers

= − sin(θii

+θtt

) Eis

(3)

tg(θ

−θ

)

sin(θ

−θ

)

Et

Ei

(2)

Et

=

Ei

(4)

= sin(θi +θt ) cos(θi −θt )

sin(θi

+θt )

p

2sinθt cosθi

p

s

2sinθt

cosθi

s

ОТРАЖЕНИЕ СВЕТА ПРИ НОРМАЛЬНОМ ПАДЕНИИ.

ПРОСВЕТЛЯЮЩИЕ ПОКРЫТИЯ И ЗЕРКАЛА ЛАЗЕРОВθ

0

Пусть волна падает по нормали к поверхности раздела сред. В этом случае

i

t

и,

как легко увидеть, выражения для «p» и «s» поляризаций совпадают, что и должно было

произойтиr i

. Действительноt t i

,

=θ =

1

2

1

2

E s

θ −θ θ θ −1

n n

−1 n −n

→

−θ +θ

= θ θ +1 =

=

E s

n n +1

n +n

Различия в знаках амплитудных коэффициентов отражения для «s» и «p» -

i

i

t

t i

1

2

1

2

поляризаций связано с выбором направлений для амплитуд, который использовался

при выводе1 2 формул.

При

для «s» - поляризации получаем отрицательное значение коэффициента

отражения. а для «p»- поляризации получаем положительное0

значение. Как то, так и

n

< n

другое означает, что

180

при отражении светаот оптическиболее плотнойсреды

происходит скачкообразное изменение фазына

. Еслиотражение

Наконец, вычислим коэффициент отражения по интенсивности от границы раздела

происходит от оптическим

ее плот ой среды,то скачкафазы

е будет.

воздух-стекло.

2

, то R = n1

2

2

2

и

Поскольку интенсивность света

I ~ n

E

Er

n1

Ei

=

n1

+n2

при n1 =1, n2 ≈1.5 имеем R ≈ 4% .

n1

−n2