Рк. рк. Образования Владимирский государственный университет имени Александра
 Скачать 477.59 Kb.
|
|
Министерство науки и образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) Институт машиностроения и автотранспорта Кафедра "Технология машиностроения" Рейтинг-контроль: «Что служит рабочим телом в твердотельных лазерах? Что служит рабочим телом в газовых лазерах ? ». Выполнил студент группы НИ-117 Терехов М. Проверил к.т.н., доцент Беляев Л. В. Владимир 2020 Твердотельные лазеры Твердотельные лазеры отличаются от газовых принципиально только характером накачки. Для создания когерентного излучения используется оптическая накачка. Накачка производится обычно через охлаждающую рабочее вещество жидкость и осуществляется с помощью излучения газоразрядных ламп, светодиодов, лазеров и т.п. Наиболее широко применяют ламповую накачку. Обычно в конструкции твердотельного лазера (рис. 3.19) используются активный (лазерный) стержень 1 и лампа накачки 2 одинаковой («карандашной») конструкции. Зеркала 3 и 4 оптического резонатора разделены управляющим оптическим затвором 5. Для эффективного применения энергии оптической накачки стержень 1 и лампа 2 помещены в замкнутый рефлектор 6 эллиптической формы. При этом элементы 1 и 2 размещаются в фокусах эллиптического сечения рефлектора, что позволяет сконцентрировать энергию оптической накачки в объеме активной среды. Рефлектор 6 заполнен охлаждающей жидкостью, которая периодически прокачивается через лазер. В качестве активной среды используется кристаллический или аморфный диэлектрик, имеющий центры люминесценции. Рисунок. 3.19 – Твердотельный лазер непрерывного действия (вариант конструкции) Среди лазерных материалов наиболее представительной является группа ионных кристаллов с примесями. Кристаллы неорганических соединений фторидов (CaF 2 , LaF 3 , LiYF 4 ), оксидов (Al 2 O 3 ) и сложных соединений (CaWO 4 , Y 3 Al 15 O 12 , Ca 5 (PO 4 ) 3 F) содержат в кристаллической решетке ионы активных примесей, редкоземельных (самария Sm 2+ , диспрозия Dy 2+ , тулия Tw 2+ , Tw 3+ , празеодима Pr 3+ , неодима Nd 3+ , эрбия Er 3+ , гольмия Нo 3+ ), переходных (хрома Cr 3+ , никеля Ni 2+ , кобальта Со 2+ , ванадия V 2+ ) элементов или ионов урана U 3+ Концентрация активных примесей в кристаллах составляет от 0,05 до нескольких процентов (по массе). Генерация возбуждается методом оптической накачки, причем энергия в основном поглощается примесными ионами. Рассматриваемые лазерные материалы отличаются высокой концентрацией активных частиц (10 19 -10 21 см -3 ), весьма небольшой шириной линии генерации (0,001-0,1 нм) и малой угловой расходимостью генерируемого излучения. К недостаткам этих материалов следует отнести низкий (15%) коэффициент преобразования электрической энергии в энергию лазерного излучения в системе «лампа накачки—кристалл», сложность изготовления лазерных стержней больших размеров и необходимой их оптической однородности. Лазерные кристаллы с дозированными примесями выращиваются, как правило, направленной кристаллизацией расплава в специальных (кристаллизационных) аппаратах, обеспечивающих высокую стабильность температуры расплава и скорости роста кристалла. Из выращенных кристаллов вырезаются цилиндрические стержни длиной до 250 мм и диаметром 2-20 мм. Торцы стержней шлифуются, а затем полируются. В большинстве случаев стержни изготавливаются с плоскими торцами, параллельными друг другу, с точностью 3-5", и строго перпендикулярными геометрической оси стержня. Возможно применение торцов сферической или другой (нестандартной) конфигурации. В качестве рабочего тела в твердотельных лазерах используется кристалл. +В настоящее время твердотельные лазеры создаются в основном на основе кристаллов иттрий-алюминиевого граната с добавкой ионов неодима (Nd: YAG). Активной средой в них является кристалл Y 3 Al 5 O 12 , в котором часть ионов Y 3+ замещена ионами трёхвалентного ниодима Nd 3+ Газовые лазеры Активной средой лазеров данного типа является газ или смесь газов. В газовых лазерах рабочими микрочастицами являются атомы газа (неона Ne, ксенона Хе), положительно заряженные ионы (неона Ne 2+ , Ne 3+ , аргона Ar 2+ , криптона Kr 2+ ), молекулы (азота N 2 , углекислого газа CO 2 , воды H 2 О, синильной кислоты HCN). Достаточно часто к основному рабочему газу примешивают другой газ. Например, в гелий-неоновом лазере активными излучающими частицами являются атомы неона Ne. Примесь гелия He улучшает условия возбуждения атомов неона Ne путем резонансной передачи энергии на верхние уровни квантовой системы. Особенностью активной среды, находящейся в газовой фазе, является ее высокая оптическая однородность, что позволяет применять большие длины резонатора и добиваться высокой направленности и монохроматичности излучения. Оптическая накачка газовой системы неэффективна поскольку газы поглощают энергию в узких спектральных полосах (линиях), а лампы излучают свет в широких частотных диапазонах. КПД оптической накачки с помощью ламп в газовых лазерах очень мал. |