ПРИНЦИПЫ ЛАЗЕРОВ

НАКАЧКА ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ

С первых дней появления лазеров их излучение часто применялось для накачки других лазеров, как, например при первой демонстрации лазерной генерации в растворе органического красителя [5]. Так, Аг+ лазеры в настоя­щее время широко используются для накачки непрерывных лазеров на кра­сителях и на титане с сапфиром (Ті3+:А1203); эксимерные, N2 лазеры и лазе­ры на парах меди используются для импульсной накачки лазеров на краси­телях; излучение ЫсЬУАО лазера и его вторая гармоника используются для накачки непрерывных и импульсных лазеров на красителях и твердотель­ных лазеров (в том числе, лазеров на центрах окраски). Однако особую важ­ность накачка лазерным излучением приобрела после появления и широко-

Го распространения диодных лазеров с высокими КПД и мощностью. Осо­бый интерес представляет использование диодных лазеров для накачки дру­гих твердотельных лазерных сред, что дает возможность создать новый ла­зер с полностью твердотельной активной средой. Наиболее характерными примерами здесь являются:

■ лазеры на кристаллах N(1: УАО, N<1: УЬЕ, Кс1:УУ04 или стекле с N(1, нака­чиваемые на длине волны ~800 нм ОаАв/АЮаАз лазерами на основе гете­роструктур с квантовыми ямами (характерные длины волн генерации в области 1 мкм, 1,3 мкм и 0,95 мкм);

■ лазеры на кристалле УЬ:УАй, стекле с Ег или с УЬ:Ег, накачиваемые в диапазоне 950-980 нм ХпОаАв/ОаАз лазерами с напряженными кванто­выми ямами (длина волны генерации в области 1 мкм для УЬ лазеров и 1,54 мкм — для Ег лазеров). Отметим, что в случае совместного легиро­вания Ег и УЬ излучение накачки в основном поглощается ионами УЬ3+, а затем возбуждение передается ионам Ег3+, на которых и происходит генерация;

■ лазеры на кристаллах александрита (Сг:ВеА1204), СпЫвАР или Сг:ЫСАР, накачиваемые в диапазоне 640-680 нм Оа1пР/АЮа1пР лазерами с кван­товыми ямами и излучающие в диапазоне шириной -130 нм в области -840 нм;

■ лазеры на кристаллах Тш:Но:УАО, накачивамые на длине волны 785 нм АЮаАв лазерами с квантовыми ямами и излучающие вблизи 2,08 мкм. Заметим, что в этом случае энергия накачки поглощается ионами Тш3+ и передается ионам Но3+, которые и обеспечивают генерацию.

Для лазерных сред с ионами N(1 на рис. 6.8 показаны, в качестве типично­го примера, важные с точки зрения накачки участки зависимости коэффици­ента поглощения от длины волны как для кристаллов ЫсЬУАО (сплошная

А) М.'УАО (сплошная линия) и стекло с N(1 (пунктирная линия). Концентрация N(1 равна 1,52 • 1020 см"3 — в кристалле Кс1:УАО (1,1 атом.%) и 3,2 1020 см3 — в стекле с N«1 (3,8 весовых % в Кс1203) (заимствовано из [15], с разрешения); б) УЪ:УАО (сплошная линия) и стекло с УЬ (пунктирная линия). Концентрация УЪ равна 8,98- 1020см~3— в кристалле УЬ:УАО (6,5 атом.%) и 1 • 1021 см-3 — в стекле с УЪ. Кривые для УТогУАв и стекла с УЬ построены соответственно на основе данных работ [17] и [18].

Линия), так и для стекла с N(1 (пунктирная линия). Отметим, что кристаллы Ыс1:УАО наиболее эффективно накачиваются на длине волны X = 808 нм излу­чением Оа0 91А10>09А8/Оа0 7А10>3А8 лазеров с квантовыми ямами, ширина ли­нии которого обычно составляет 1-2 нм. С другой стороны, благодаря сво­ему широкому и бесструктурному спектру поглощения, стекло С N(1 может быть накачано в более широком диапазоне вблизи пика поглощения с X = 800 нм. Для лазерных сред с ионами УЬ зависимости коэффициента по­глощения от длины волны для кристаллов УЬ: УАО (сплошная линия) и стекла с УЬ (пунктирная линия) приведены на рис. 6.86. И в этом случае спектр по­глощения в стекле является более широким и бесструктурным, в отличие от спектра поглощения в кристалле УЬ:УАв. Оптимальная длина волны накач­ки составляет 960 нм для УЬ:УАв и 980 нм — для стекла с УЬ; излучение с этими длинами волн получают от 1пОаАз/ОаАз лазеров с квантовыми ямами (например, 1п0 2Оа0 зАз/ОаАэ для X = 980 нм). Зависимость коэффициента поглощения от длины волны для лазерных сред с ионами Сг3+ (александрит, СпЫвАЕ, Сг:ЫСАЕ), имеющая фактически бесструктурную форму, пред­ставлена пунктирной кривой на рис. 6.7. Максимальный коэффициент по­глощения на длине волны 600 нм составляет в александрите 0,5 см-1, а в Сг:1лвАЕ достигает 50 см-1. Отметим, что больший коэффициент поглоще­ния в Сг:1лвАЕ обусловлен более высокой концентрацией Сг, которую мож­но использовать (примерно в 100 раз больше, чем в александрите), еще не сталкиваясь при этом с проблемой концентрационного тушения верхнего состояния. Из-за отсутствия подходящих диодных лазеров с более корот­кими длинами волн накачка здесь осуществляется в диапазоне 640-680 нм с применением Оа1пР/АЮа1пР лазеров с квантовыми ямами (например, Оа0 51п0 5Р/А10,25^а0>251п0 5Р для X = 670 нм), в которых активным слоем, со­держащим квантовые ямы, является Оа1пР. Наиболее характерные пара­метры накачки для некоторых из рассмотренных выше активных сред при­ведены в табл. 6.2.