Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции
и ордена Трудового Красного Знамени
государственный технический университет им. Н. Э. Баумана
Реферат
по теме «Лазеры на АИГ с непрерывной накачкой»
Выполнил:Дёмин А.А.
Группа:РЛ2-81
Проверил: Щербаков А.Н.
Москва 2007Содержание
TOC o «1-3» h z u ОБЩИЕСВЕДЕНИЯ О КРИСТАЛЛАХ Y3Al5O12-Nd 3+. PAGEREF _Toc169441154 h 3
Принцип работы лазера. Инверсная населенность.PAGEREF _Toc169441155 h 4
СПЕКТРАЛЬНО-ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕСВОЙСТВА ЭЛЕМЕНТОВ АИГ-Nd. PAGEREF_Toc169441156 h 6
конструкция АИГ-Nd ЛАЗЕРОВ… PAGEREF _Toc169441157 h 8
Некоторые применения лазеров с непрерывнойнакачкой.PAGEREF _Toc169441158 h 12
список литературы… PAGEREF _Toc169441159 h 13ОБЩИЕСВЕДЕНИЯ О КРИСТАЛЛАХ Y3Al5O12-Nd 3+
В лазере, каки во всяком генераторе электромагнитных волн, основой является активныйэлемент, преобразующий энергию внешнего источника питания в нужное излучение. Внашем случае таким элементом является кристалл алюмоиттриевого граната сдобавкой трехвалентного иона неодима Y3Al5O12-Nd3+. Этот ион является самым распространенным активатором лазерныхкристаллов. Он обладает способностью к генерации почти в 80 средах. Однако изэтого многообразия сред широкое практическое применение нашли лишь стекланескольких марок и несколько типов кристаллов, самым распространенным изкоторых является алюмоиттриевый гранат. Последнее обусловлено присущейкристаллам граната с неодимом (АИГ-Nd) совокупности полезных свойств, которыебудут рассмотрены ниже.
В последнеевремя в промышленном производстве стали появляться другие типы кристаллов. Этопрежде всего алюминат иттрия, калий гадолиниевый, вольфрамат, галлий скандийгадолиниевый гранат и т. д. Каждый из них имеет то или иное преимущество посравнению с кристаллами АИГ, что позволяет ставить вопрос о возможной заменеАИГ-кристаллов в тех или иных конкретных случаях новыми кристаллами. Однако вомногих своих применениях кристаллы АИГ пока остаются вне конкуренции, особеннов мощных лазерных установках.
Впервыеискусственный кристалл АИГ-Nd как лазерный элемент был создан в 1964г. С техпор было разработано несколько методов выращивания кристалла, наиболеесовершенным из которых пока является метод Чохральского. Сущность этого методазаключается в том, что исходный материал кристалла сначала расплавляется вспециальном тигле и последующая кристаллизация осуществляется путем выведениячасти расплава из тигля с помощью затравки. Температура затравки несколько нижетемпературы расплава, и при вытягивании расплав постепенно кристаллизуется наповерхности затравки. Кристаллографическая ориентировка закристаллизовавшегосярасплава воспроизводит ориентировку затравки. В процессе выращивания кристаллатемпература расплава поддерживается на уровне 1980° С. Столь высокиетемпературы требуют применения стойкого материала для тигля. Применительно ккристаллам АИГ-Nd наилучшим является металл иридий. Высокая цена и большойдефицит иридия являются существенными недостатками для выращивания кристаллаАИГ-Nd.
Выращиваниекристалла осуществляется в инертной среде (в атмосфере аргона или азота) принормальном атмосферном давлении с малой (1—2% по объему) добавкой кислорода.Оптимальная скорость роста с точки зрения совершенства оптических свойствкристалла составляет 0,5 мм/ч, что также является недостатком технологии, таккак для выращивания кристалла средних размеров (длиной около 15 см) требуется300 ч (12,5 сут) непрерывной работы, ростовой установки. Метод Чохральского позволяетвыращивать достаточно крупные кристаллы длиной до 20 см и диаметром до 4 см. Впроцессе роста в центральной части кристаллов возникают механическиенапряжения, приводящие к оптическим искажениям. Поэтому активные элементывырезают из периферийных областей кристалла. Как правило, активные элементывырезаются в форме тонких длинных цилиндров самых различных размеров. Осьактивных элементов направлена вдоль оси кристалла-заготовки, т. е. фактическивдоль оси выращивания кристалла. В свою очередь ось выращивания кристалла, какотмечалось выше, задается ориентацией затравки. Следовательно, меняя ориентацию
затравки, можно по желанию менятьнаправление кристаллографических осей в активном элементе.
Принципработы лазера. Инверсная населенность.
Рассматриваемый нами лазер награнате с неодимом работает по так называемой четырехуровневой схеме. Ионынеодима, расположенные внутри кристалла граната, имеют систему энергетическихуровней, схематически изображенную на рис.1. Первый уровень, называемыйосновным, соответствует минимально возможному значению энергии, которую могутиметь ионы. Число ионов, имеющих минимальную энергию (находящихся на основномуровне), составляет большинство. Число ионов, находящихся на более высокихуровнях энергии, заметно меньше и оно подчиняется равновесному распределению Больцмана
где Npi — число ионов в единице объема, находящихся на уровне i; Wi —разность между энергией уровня i и энергией основного уровня; k=1,38∙10-23 Дж/к—постоянная Больцмана; Т—абсолютнаятемпература кристалла. Обычно энергию основного уровня считают условно нулевой,тогда Wi будет просто энергией i-ro уровня. Значение kTдля комнатной температуры (Г=300 К) равно 4,14∙10-21Дж ≈207 см-1. Поэтому, если Wi>kT(что выполняется для кристаллов АИГ-Nd), населенность уровней 2—4 оказывается действительно малой посравнений с Npi Причем чем выше уровень, тем меньше на немнаходится ионов неодима. Уровень 3 является метастабильным, т. е. времянахождения ионов неодима на нем существенно больше, чем на уровнях 2 и 4.
Рис.1. Схема переходов между уровнями энергииионов неодима
Рис.2. Прохождение света через лазерныйкристалл: а — в термальном состоянии (N3N2)
Предположим, чтовнутри кристалла распространяется свет с частотой, равной частоте переходамежду рабочими уровнями 2 и 3, т. е. (ω=W3+W2/ћ). Он вызывает два процессора: вынужденного излучения ионовнеодима, находящихся на уровне 3, и при этом к волне добавляется энергияизлучения (усиление света), и процесс поглощения энергии волны ионами,находящимися на уровне 2 (рис. 2). В нормальном состоянии число ионов науровне 2больше, чем на уровне 3, и поглощение волны превалирует над усилением, т. е.свет ослабляется (рис.2, а). Если кристалл облучается светом накачки, то под еговоздействием ионы неодима сначала переходят на уровни (полосы) накачки 4, азатем быстро на метастабильный уровень 3, где задерживаются. При достаточноймощности накачки скорость поступления ионов на метастабильный уровень превыситскорость ухода их с этого уровня за счет спонтанных переходов. В этом случаебудет происходить накопление ионов на метастабильном уровне и через какое-товремя число N3 превысит N2, т. е. в целом свет усилится.
Состояние среды,когда N3>N2, называется инверсией населенностиэнергетических уровней. В таком состоянии среда уже способна к генерации света.Для этого ее помещают в резонатор, который в простейшем случае образован двумяпараллельными зеркалами, одно из которых полностью отражает свет, а другоечастично отражает и пропускает его наружу (рис. 3). В этом случае усилениесвета в кристалле будет превосходить поглощение.
Рис.З. Схема усиления света в лазере (p1, р2— коэффициенты отражения зеркал резонатора)
Началом генерацииявляется спонтанное излучение ионов с метастабильного уровня, котороеусиливается, проходя активную среду, и затем с помощью зеркал вновь в неевозвращается, снова усиливается и т. д. Если усиление света превосходит егосуммарное ослабление за счет поглощения в среде и потерь на частичноепропускание выходного зеркала, то возникает генерация и лазер начинает излучатьнаружу свет. Очевидно, что мощность излучаемого света тем выше, чем вышемощность света накачки и чем меньше потери света внутри резонатора. Существуеттак называемая пороговая мощность накачки, при которой усиление светасравнивается с суммарными потерями, и при малейшем увеличении этой мощностиможет возникнуть генерация. Необходимо напомнить, что для того, чтобы усилениесвета всегда превосходило потери, нижний рабочий уровень 2 должен быстроопустошаться, т. е. его время жизни должно быть гораздо меньше, чем время жизниметастабильного уровня. В противном случае начнется накопление ионов неодима науровне 2 и возрастет поглощение света с этого уровня наверх. Кроме того, времяжизни ионов на уровнях накачки также должно быть малым. В противном случае ионыначнут накапливаться на уровнях накачки и инверсия населенности среды (азначит, и коэффициент усиления света) —начнет падать.
Как ужеотмечалось, в лазерах на гранате с неодимом нижние рабочие уровни заселеныслабо, и поэтому основная доля мощности накачки расходуется не на созданиеинверсной населенности (N3>N2), а на преодолениепотерь в резонаторе и на полезное выходное излучение. При этом длявозникновения генерации достаточно перевести на уровень 3 лишь малую частьионов, находящихся на основном уровне. Это выгодно отличает этот вид лазеров отлазеров, работающих по трехуровневой схеме. В последних нижним рабочим уровнемявляется основной уровень, и для создания инверсной населенности (N3>N2)требуется перевести на метастабильный уровень 2 не менее половины ионов сосновного уровня, а с учетом потерь в резонаторе и полезного излучения большеполовины. Поэтому в трехуровневых лазерах (например, на рубине) мощностьнакачки расходуется непроизводительно и их КПД оказывается существенно ниже. СПЕКТРАЛЬНО-ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ СВОЙСТВА ЭЛЕМЕНТОВАИГ-Nd
Спектрально-люминесцентныесвойства элементов АИГ-Ndопределяются свойствами самой матрицы, т. е. чистого, нелегированного кристаллаАИГ, а также характеристиками ионов неодима, введенных в матрицу. Матрицаоказывает заметное воздействие на спектральные свойства изолированного ионанеодима: на положение, интенсивность и ширину спектральных линий, квантовыйвыход люминесценции и т. п. Обратное воздействие ионов на матрицу, как правило,невелико из-за относительно малой концентрации примесных ионов в матрице.Поэтому в целом можно сказать, что характеристики элементов АИГ-Nd определяютсясвойствами матрицы плюс претерпевшими определенные изменения свойствами ионовнеодима.
Металл неодимявляется редкоземельным металлом и относится к группе лантаноидов. Оптическиелазерные свойства ионов неодима определяются электронными переходами внутриподоболочки 4f четвертой электроннойоболочки N атома неодима (рис. 4). Эта подоболочка в заметной степениэкранирована от воздействия внешних электрических полей, в частности внутри-кристаллическогополя, электронами внешних подоболочек 5s и 5p оболочек О и Р. Поэтому структураэнергетических уровней электронов 4f подоболочки, а значит, и структураоптических лазерных переходов ионов неодима не очень зависят от типа матрицы.Воздействие матрицы проявляется в некотором (так называемом Штарковском)смещении и расщеплении исходных уровней изолированного иона за счет воздействиякристаллического поля матрицы и в уширении уровней за счет воздействияколебаний кристаллический решетки — фононов.
Рис 4. Структура электронных оболочек атоманеодима: а — укрупненная структура оболочек; б — тонкая структура четвертойоболочки N (рядом с индексам оболочки указано количество электронов в ней)
Рис. 5. Упрощенная схема энергетическихуровней кристалла АИГ-Nd.
На рис. 5представлена упрощенная схема энергетических уровней АИГ-Nd. Эти уровниобусловлены переходами трех 4fэлектронов внутренней оболочки иона Nd3+. Поскольку эти электроныэкранируются восемью внешними электронами (5s2 и 5р6), наупомянутые энергетические уровни кристаллическое поле влияет лишь внезначительной степени. Поэтому спектральные линии, соответствующиерассматриваемым переходам, относительно узки. Уровни энергии обозначаются всоответствии с приближением LS-связиатомной физики, а символ, характеризующий каждый уровень, имеет вид 2s+lLj,где S — суммарное спиновое квантовое число, j — суммарное квантовое число углового момента, a L — орбитальноеквантовое число. Заметим, что разрешенные значения L, а именно L = = О, 1, 2,3, 4, 5, 6,… обозначаются прописными буквами соответственно S, P, D, F, G,Н, I Таким образом, основное состояние 4I9/2 иона Nd3+соответствует состоянию, при котором 2S + 1 = 4 (т. е. S= 3/2), L = 6 и J = L — S = 9/2. Две основные полосы накачки расположены на длинах волн0,73 и 0,8 мкм соответственно, хотя другие более высоко лежащие полосыпоглощения также играют важную роль. Эти полосы связаны быстрой (~ 10-7с) безызлучательной релаксацией с уровнем 4F3/2, откуда идет релаксация нанижние уровни (а именно 4I9/2, 4I11/2 и 4I13/2), этот последний уровень не показан на рис.5.Однако скорость релаксации намного меньше (τ≈0,23 мс), посколькупереход запрещен в приближении электродипольного взаимодействия (правило отборадля электродипольно разрешенных переходов имеет вид ΔJ=0 или ±1) и поскольку безызлучательиаярелаксация идет медленно вследствие большого энергетического зазора междууровнем 4F3/2 и ближайшим к нему нижним уровнем. Это означает, что уровень 4F3/2 запасет большую долю энергии накачки ипоэтому хорошо подходит на роль верхнего лазерного уровня. Оказывается, что изразличных возможных переходов с уровня 4F3/2 на нижележащие уровни наиболееинтенсивным является переход 4F3/2→ I11/2 Кроме того, уровень 4I11/2 связан быстрой (порядка наносекунд)безызлучательной релаксацией в основное состояние 4I9/2, а разница междуэнергиями уровней 4I9/2, и4I11/2 почти на порядоквеличины больше, чем kT. Отсюда следует, что тепловое равновесие между этимидвумя уровнями устанавливается очень быстро и согласно статистике Больцманауровень 4I11/2 в хорошем приближении можносчитать практически пустым. Таким образом, этот уровень может быть прекраснымкандидатом на роль нижнего лазерного уровня.
Из сказанноговыше ясно, что в кристалле АИГ-Nd переход 4F3/2 → 4I11/2 хорошо подходит для получения лазернойгенерации в четырехуровневой схеме. В действительности необходимо принимать вовнимание следующее: Уровень 4F3/2 расщеплен электрическимполем внутри кристалла (эффект Штарка) на два сильно связанных подуровня (R1 иR2), разделенных энергетическим зазором ΔЕ ≈ 88 см-1.Уровень 4I11/2также расщеплен вследствие эффекта Штарка на шесть подуровней.Оказывается, что лазерная генерация обычно происходит с подуровня R1 уровня 4F3/2на определенный подуровень уровня 4I11/2, поскольку этот переходобладает наибольшим значением сечения перехода (σ = 8,8∙10-19см2). Этот переход имеет длину волны λ=1,064мкм (ближний ИКдиапазон). Однако, поскольку подуровни R1 и R2 сильно связаны, при всехвычислениях используют эффективное сечение σ21 = z21σ= 3,5∙10-19 см2, где z21= ехр(-ΔE/kT)/ [ 1 + ехр (-ΔE/kT)] =0,4 — функция распределения для подуровня R2.Следует также заметить, что, используя в резонаторе лазера подходящуюдисперсионную систему, генерацию можно получить на многих других длинах волн,соответствующих различным переходам: 4F3/2 → 4I11/2 (λ = 1,05—1,1 мкм), 4F3/2→ 4I13/2(λ=1,319 мкм—наиболее интенсивная линия в этом случае) и переходу 4F3/2→ 4I9/2 (λ около 0,95 мкм). Крометого, стоит вспомнить, что лазерный переход с λ = 1,06 мкм при комнатнойтемпературе однородно уширен вследствие взаимодействия с фононами решетки.Соответствующая ширина Δv = 6,5 см-1 = 195 ГГц при температуреТ = 300 К- Это делает АИГ-Nd очень подходящим для генерации в режимесинхронизации мод. Большое время жизни верхнего лазерного уровня (т = 0,23 мс)позволяет АИГ-Nd быть весьма хорошим для работы в режиме модулированнойдобротности.конструкцияАИГ-Nd ЛАЗЕРОВ
Средимногообразия лазеров с непрерывной накачкой широкое применение нашли три вида:одномодовые лазеры с модуляцией добротности, лазеры с ‘преобразованием частотыи мощные лазеры непрерывного режима.
Одномодовыелазеры с модуляцией добротности. Лазеры серии ЛТИ-500 генерируют моду ТВМоонаинизшего порядка. В случае непрерывной накачки импульсный режим работ сбольшой частотой -повторения (5—50 кГц) обеспечивается модуляцией добротностирезонатора акустооптическим затвором. При выключенном затворе лазеры работают внепрерывном режиме. Зависимость мощности излучения от мощности накачки длялазера ЛТИ-502 приведена на рис. 6. Зависимости средней мощности излучения Рw, длительностиимпульса излучения τ и пиковой мощности от частоты -повторения импульсовдля лазеров с модуляцией добротности резонатора имеют вид, ‘представленный нарис. 7. При больших частотах повторения значение средней мощности:асимптотически стремится к уровню мощности в непрерывном режиме генерации. Суменьшением частоты повторения средняя мощность падает и при низких частотахлинейно стремится к нулю, поскольку накопленная инверсия в промежутках междуимпульсами генерации расходуется на люминесценцию
Рис. 6 Зависимость мощности излучения лазераЛТИ-502 от мощности накачки
Рис. 7. Зависимости средней мощности 1),длительности импульса 2) и пиковой мощности 3) от частоты повторения импульсовизлучения лазера ЛТИ- 502
. Длительностьимпульсов (излучения при повышении частоты повторения «монотонно увеличивается,так как накопленная инверсия в промежутках между импульсами становится меньше.Значения пиковой мощности, приведенные на графике, рассчитаны по формуле Рпик =Р/fτ по данным,определенным из эксперимента.
Лазеры ЛТИ-500могут работать также в многомодовом режиме генерации (без селектирующейдиафрагмы в резонаторе), при этом мощность излучения составляет 20—40 Вт.
Рис. 8. Оптическая схемаизлучателя лазеров ЛТИ-501 и ЛТИ-502: 1 — излучатель; 2 — глухое зеркало; 3 —квантрон; 4 — селектирующая диафрагма; 5 — акустооптический затвор; 6 —выходное зеркало
Квантронпредставляет собой несущий корпус, выполняемый обычно из нержавеющей стали,внутри которого находятся отражатель, активный элемент и лампа наклачки.Отражатель изготавливают из монолитной заготовки легированного европиемкварцевого стекла в форме эллиптического цилиндра. В отражателе параллельно осипросверлены два отверстия, внутри которых располагают активный элемент и лампунакачки. Одноламповый осветитель с отражателем такой конструкции обеспечиваетвысокую эффективность накачки в одномодовом режиме генерации за счетфокусировки излучения накачки в центральную часть активного элемента, а такжефильтрацию ультрафиолетового излучения
Отличительнойособенностью лазера ЛТИ-503 является использование в качестве источника накачкивысокочастотной безэлектродной лампы, которая одновременно выполняет функцииотражателя. В связи с отсутствием электродов долговечность и число включений лампысущественно больше, чем у ламп обычной конструкции, но КПД лазера несколькоменьше из-за распределенного источника свечения.
Оптическаясхема резонатора, примененная в лазере ЛТИ-504, позволяет свести к минимумуискажение резонатора из-за нестационарных термически наведенных аберрационнойлинзы и клина активного элемента. Если центр кривизны вогнутого отражающегозеркала расположен в активном элементе (на его главной оптической плоскости),то возникающий в нем оптический клин вызывает смещение оси излучения только наэтом зеркале, тогда как положение оси излучения в активном элементе и навыходном зеркале строго фиксировано. Положение выходного зеркала определяетсяиз условия, что размер каустики пучка в резонаторе при заданной мощностинакачки в первом приближении не зависит от оптической силы линзы активногоэлемента (рис. 9). Реализация предложенной схемы резонатора позволиласущественно повысить стабильность энергетических и пространственныххарактеристик одномодовых твердотельных лазеров.
Рис. 9. Оптическая схема резонатора лазераЛТИ-504: R — радиус кривизны глухого зеркала; F —фокусное расстояние термическинаведенной линзы в активном элементе
Работаакустооптического затвора в резонаторе лазера основана на дифракции лазерноголуча на ультразвуковой волне, возбуждаемой в фотоупругой среде. Вследствиедифракции часть света, прошедшего через затвор, отклоняется от первоначальногоположения и не принимает участия в генерации. Другими словами, в резонаторвносятся дополнительные потери. В случае, когда коэффициент суммарных потерьпреобладает над коэффициентом усиления, генерация прекращается. В отсутствиегенерации под действием непрерывной накачки происходит возрастание инверснойнаселенности. После быстрого переключения затвора в состояние с малыми потеряминачинается развитие генерации, и запасенная энергия излучается в виде«гигантского» импульса.
Звукопроводзатвора, в котором свет взаимодействует с бегущей ультразвуковой волной,изготавливают из высококачественного плавленого кварца, который практически невносит в резонатор дополнительных потерь. Также для снижения потерь боковыеграни звукопровода. имеют просветляющие покрытия на длину волны генерации,остаточное отражение при этом не превышает 0,5%. Возбуждение продольнойультразвуковой волны производится пьезопреобразователем из кристаллическогокварца Х-среза. В случае продольных звуковых волн эффективность взаимодействиядля различных плоскостей поляризации света оказывается разной. Максимальнаядифракция соответствует плоскости поляризации света, перпендикулярной кнаправлению распространения звука, и уменьшается в несколько раз (до 5 раз прималых значениях акустической мощности) для ортогональной поляризации. Из-занеравномерного распределения излучения накачки ‘по сечению активного элемента,характерного для выбранной конструкции квантрона, излучение лазеров водномодовом режиме имеет преимущественное направление поляризации в плоскости,перпендикулярной направлению «лампа — активный элемент». Причем в некоторыхобластях мощности накачки может существовать излучение только с этойполяризацией. Затвор устанавливается в резонаторе с учетом этогообстоятельства, что значительно повышает его эффективность.
Лазеры спреобразованием частоты. Лазеры серии ЛТИ-701 с преобразованием частоты вовторую и четвертую гармоники построены на основе лазера ЛТИ-502.
В лазерахЛТИ-701, ЛТИ-702 (рис. 10) происходит внутри- резонаторное «преобразование вовторую гармонику излучения лазера, работающего в режиме акустооптическоймодуляции добротности резонатора с длиной волны 1,06 мкм. В качествепреобразователя частоты используется кристалл иодата лития (LiIO3), нетребующий термостатирования, достаточно эффективный и относительно стойкий клазерному излучению. При модуляции добротности мощность лазерного излучениявнутри резонатора велика, поэтому специальных мер для его фокусировки внелинейный элемент не требуется. Преобразователь частоты МЧ-104 включает в себяспециальное выходное зеркало («глухое» на основной длине волны и пропускающеена длине волны гармоники), элемент из иодата лития размером 10x10x10 мм иоптический фильтр. Каквидно из рис. 10, оптический фильтр является третьимвнутрирезонаторным зеркалом, предназначенным для однонаправленного выводаизлучения второй гармоники. Преобразователь МЧ-104 крепят к корпусу лазеравместо узла выходного зеркала.
Рис. 10. Оптическая схема излучателя лазеровЛТИ-701, ЛТИ-702: 1—излучатель; 2 — глухое зеркало на 1,06 мкм; 3 —акустооптический затвор; 4 — квантрон; 5 — селектирующая диафрагма; 6 — преобразовательво вторую гармонику; 7— фильтр; 8 — нелинейный элемент; «9 — выходное зеркало
Зависимостьсредней мощности излучения второй гармоники Р2ω от частотыповторения имлульсов /имеет максимум в области 6—8 кГц, что соответствуетрасчетным данным (рис. 11).
Максимальнаясредняя мощность на длине волны 0,53 мкм для лазера ЛТИ-701 составляет не менее4 Вт. Коэффициент преобразования с учетом дополнительных потерь, вносимых врезонатор, близок к 100%. Резкое уменьшение Р2ω в области малыхчастот f связано с падением средней мощности основного излучения при f→0.Оправа от максимума снижение Р2ω) сначала достаточно резкое,затем идет более плавно, что соответствует зависимости пиковой мощностиосновного излучения от частоты повторения импульсов.
Рис. 11. Зависимости средней мощности 1), длительностиимпульса 2) и пиковой мощности 3) излучения второй гармоники от частотыповторения импульсов для лазера ЛТИ-701
Мощныелазеры непрерывного режима. Серия лазеров ЛТН-100 обладает мощностьюизлучения 63—250 Вт на длине волны 1,06 мкм при расходимости излучения поуровню 0,5 мощности до 10—12 мрад.
При выборесхемы резонатора для многомодовых лазеров определяющим является возможностьдостижения максимальной выходной мощности при сохранении относительно небольшойрасходимости излучения. Этому условию удовлетворяет резонатор, образованныйплоскими зеркалами, расположенными на расстоянии 360 мм один от другого. Такойрезонатор обеспечивает прямолинейную зависимость мощности излучения во всемрабочем диапазоне мощности накачки.
В составеизлучателей лазеров ЛТН-100 используются квантроны с активным элементомразмерами 6,3×100 мм и лампой накачки ДНП-6/90. Корпус излучателя лазеровЛТН-101 и ЛТН-102 короче (длина 550 мм), чем у других лазеров. Лазер ЛТН-102имеет две модификации: ЛТН-102А и ЛТН-102Б с мощностью излучения не менее 125 и30 Вт на длине волны 1,06 и 1,32 мкм соответственно (при мощности накачки неболее 4,5 кВт).
Увеличениемощности излучения в два раза в лазере ЛТН-103 достигнуто за счет установкивторого квантрона и удвоения длины резонатора. Корпус излучателя ЛТН-103 такойже, как у ЛТИ- 500/700, а необходимое расстояние между зеркалами 720 ммобеспечено изменением конструкции узлов крепления зеркал. Мощность излучения неменее 250 Вт достигается при мощности накачки 9 кВт. В состав лазера ЛТН-103входит источник питания повышенной мощности и ‘более эффективная системаохлаждения УО2.Некоторыеприменения лазеров с непрерывной накачкой.
Излучениеодномодовых лазеров импульсного режима работы ЛТИ-500 может ‘быть сфокусированов ‘пятно размером несколько десятков микрон, поэтому такие лазеры применяют длявыполнения тонких технологических операций. С использованием этих лазеровсозданы автоматизированные установки скрайбирования полупроводниковых пластин,которые обеспечивают глубину надреза 150—200 мкм при ширине 30—50 мкм.
Лазеры снепрерывной накачкой применяют для подгонки номиналов резисторов, а такжефункциональной подгонки гибридных интегральных схем (установки серии «Гибрид»).Созданы полуавтоматы-нарезки резисторов МЛТ-0,125, выполняющие эту операциюодновременно с измерением номинала сопротивления. В производстве прецизионныхфольговых резисторов (эталоны сопротивлений) лазеры используют как приизготовлении фотошаблонов, так и при окончательной подгонке с погрешностью10~3%. Невозможно числить разнообразные применения этих лазеров, диапазонкоторых включает в себя маркировку малогабаритных деталей, распиловку алмазногосырья, скрайбирование поликоровых ситалловых подложек и др.
Лазеры спреобразованием частоты во вторую и четвертую гармонику обеспечивают излучениевидимого (красное, зеленое), а также ультрафиолетового диапазонов. ЛазерЛТИ-701 (с длиной волны 0,53 мкм) используется для накачки лазера наорганических красителях, излучение которого плавно перестраивается в диапазонедлин волн от 550 до 660 нм. На его основе созданы установки лазерного отжига (вэтом случае лазер одновременно излучает на длинах волн 0,53 и 1,06 мкм). Лазерс длиной волны около 0,53 мкм используется в медицинской практике для визуальногоконтроля кварцевых стекол, в голографии и ряде других.
Рядтехнологических установок создан на основе мощных лазеров непрерывного режимаработы ЛТН-100 (длина волны 1,06 мкм). К их числу относятся установкинаправленного термораскалывания стекла («Квант-20»), базовая установкаавтоматизированной пайки, сварки и резки материалов («Квант-50»). Применениеустановки «Квант-50» при операции пайки микросхем на печатные платы позволяетавтоматизировать процесс и повысить производительность труда в 10 раз посравнению с ручной пайкой. Наиболее массовым применением этой группы лазеровявляется резка листовых материалов. На основе лазера ЛТН-103 (мощностьизлучения 250 Вт) создана установка автоматизированного изготовления шаблоновдля контроля износа штампов.
Мощные лазерына гранате находят все новые области применения благодаря своей компактности,высокой эксплуатационной надежности, хорошему качеству лазерного излучения(высокая стабильность и малый диаметр луча при относительно небольшойрасходимости) по сравнению с лазерами на молекулах СОг. При дальнейшемповышении уровня мощности до 500—1000 Вт лазеры серии ЛТН-100 смогут широкоприменяться для сварки и термоупрочнения деталей и инструмента.списоклитературы
1)
2)