YB:YAG ЛАЗЕР
|
■10679 см-1 • 10624 ■ 10327 |
|
5/2 |
Yb:YAG лазер (иттербиевый лазер) — наиболее заслуживающий внимания пример квазитрехуровневого лазера, и он по праву считается прямым конкурентом Nd:YAG лазера. Генерация в иттербиевом лазере осуществляется на длине волны ~1,03 мкм. Поскольку этот лазер работает по квазитре - хуровневой схеме, для его накачки обычно используются полупроводниковые лазерные диоды, обеспечивающие необходимую мощность [8].
|
968 нм |
|
941 нм |
|
1,03 мкм |
|
-785 -612 -565 -0 |
Упрощенная схема энергетических уровней кристалла Yb:YAG показана на рис. 9.3. Структура уровней, частично приведенная здесь, отображает только одну возбужденную полосу подуровней (2F5/2). Это связано с тем, что в незаполненной оболочке 4/ иона Yb3+ недостает одного электрона, и эта оболочка ведет себя так, как если бы она содержала одну электронную дырку (см. табл. 9.1).
|
Рис. 9.3 Схема энергетических уровней кристалла Yb:YAG |
Две основные линии поглощения, соответствующие длинам волн 968 и 941 нм, имеют примерно равные значения максимального сечения поглощения, при этом линия 941 нм более предпочтительна при использовании диодной накачки, поскольку она оказывается более широкой. Основная линия
|
Оптические и спектроскопические параметры наиболее важных квазитрехуровневых лазерных материалов при комнатной температуре
|
|
Примечание: для материала УЬ:Ег:стекло эффективные значения сечения вынужденного излучения и поглощения практически одинаковы, и можно положить, что лазер работает почти по идеальной трехуровневой схеме. |
Усиления имеет место на длине волны 1,03 мкм (квазитрехуровневый лазер). В табл. 9.4 приведены оптические и спектроскопические характеристики кристалла Yb:YAG при комнатной температуре. В частности, здесь можно отметить большое значение излучательного времени жизни (т = 1,16 мс), из чего можно сделать вывод, что данная среда позволяет весьма эффективно запасать энергию.
Для продольной накачки Yb: YAG лазеров обычно используются InGaAs/ GaAs лазеры на квантовых ямах (QW), хотя может использоваться и накачка лазером на титан-сапфире. Оптический КПД лазера оказывается достаточно высоким (около 60%) вследствие высокой квантовой эффективности (г}д** = hv/hvp = Хр/Х = 91,5%) [9]. Средняя выходная мощность, которую можно получить на таком лазере, составляет порядка 50 Вт [10]. По сравнению с не* одимовым лазером, Yb:YAG лазер обладает следующими преимуществами:
1. Очень маленькое значение квантового дефекта [(hp - hv)/hvp = 9%] и, как следствие, очень низкий локальный нагрев.
2. Большое излучательное время жизни верхнего состояния позволяет эффективно использовать среду Yb:YAG для работы в режиме модуляций добротности.
3. Благодаря простой структуре электронных уровней можно использовать большую концентрацию примесей (обычно используется 6,5 ат. %) без проявления эффекта тушения люминесценции, обусловленного ион-ионным взаимодействием.
4. Большая спектральная ширина (~86 см-1) позволяет работать в режиме синхронизации мод, что позволяет получать на выходе лазера субпикосе - кундные импульсы света.
5. Малое сечение вынужденного излучения позволяет накапливать значительное количество энергии до момента возникновения лазерной генерации.
Наряду с перечисленными преимуществами, среда Yb: YAG имеет несколь* ко недостатков, в частности высокий порог генерации, обусловленный Cj
цификой квазитрехуровневой схемы и высоким значением сечения вынужденного излучения. Тем не менее, перечисленные преимущества кристалла Yb: YAG делают его более предпочтительным перед материалом Nd: YAG для целого ряда применений, особенно там, где необходимо иметь лазер с диодной накачкой, работающий на длине волны около 1 мкм.
