СЛЭБ-ЛАЗЕР НА ЭРБИЕВОМ СТЕКЛЕ С ПОПЕРЕЧНОЙ ДИОДНОЙ НАКАЧКОЙСЛЭБ-ЛАЗЕР НА ЭРБИЕВОМ СТЕКЛЕ С ПОПЕРЕЧНОЙ ДИОДНОЙ НАКАЧКОЙ
ËÀÇÅÐÍÀß ÔÈÇÈÊÀ È ÒÅÕÍÈÊÀ
ÓÄÊ 621.373.826; 621.375.826
ÑËÝÁ-ËÀÇÅÐ ÍÀ ÝÐÁÈÅÂÎÌ ÑÒÅÊËÅ Ñ ÏÎÏÅÐÅ×ÍÎÉ ÄÈÎÄÍÎÉ ÍÀÊÀ×ÊÎÉ
© 2008 ã. © 2008 ã. © 2008 ã. © 2008 ã. © 2008 ã.
Ã. È. Ðÿáöåâ*, äîêòîð ôèç.-ìàò. íàóê; Ì. Â. Áîãäàíîâè÷*; À. È. Åíæèåâñêèé*; Ë. Ë. Òåïëÿøèí*, êàíä. ôèç.-ìàò. íàóê; À. Ï. Êëèùåíêî**, äîêòîð ôèç.-ìàò. íàóê; À. Â. Ïîæèäàåâ**; Ì. À. Ùåìåëåâ**; À. Ã. Ðÿáöåâ**; À. Ñ. Êðàñêîâñêèé***; Ñ. Í. Òèòîâåö***; Ê. Â. Þìàøåâ****, äîêòîð ôèç.-ìàò. íàóê; À. Ì. Ìàëÿðåâè÷****, êàíä. ôèç.-ìàò. íàóê; Î. Ñ. Äûìøèö*****, êàíä. õèì. íàóê; À. À. Æèëèí*****, êàíä. õèì. íàóê
***** Èíñòèòóò ôèçèêè èì. Á.È. Ñòåïàíîâà ÍÀÍ Áåëîðóññèè, Ìèíñê, Áåëîðóññèÿ
***** Áåëîðóññêèé ãîñóäàðñòâåííûé óíèâåðñèòåò, Ìèíñê, Áåëîðóññèÿ
***** ÎÀÎ “Ïåëåíã”, Ìèíñê, Áåëîðóññèÿ
***** ÍÈÈ îïòè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ è òåõíîëîãèé Áåëîðóññêîãî íàöèîíàëüíîãî òåõíè÷åñêîãî óíèâåðñèòåòà, ***** Ìèíñê, Áåëîðóññèÿ
***** Íàó÷íî-èññëåäîâàòåëüñêèé è òåõíîëîãè÷åñêèé èíñòèòóò îïòè÷åñêîãî ìàòåðèàëîâåäåíèÿ ***** ÂÍÖ “ÃÎÈ èì. Ñ.È. Âàâèëîâà”, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã
***** Å-mail: ryabtsev@dragon.bas-net.by
Ðàçðàáîòàí è èññëåäîâàí ñëýá-ëàçåð íà îñíîâå áîðîñèëèêîôîñôàòíîãî ñòåêëà, ëåãèðîâàííîãî ýðáèåì è èòòåðáèåì, ñ ïîïåðå÷íîé äèîäíîé íàêà÷êîé.  ðåæèìå ïàññèâíîé ìîäóëÿöèè äîáðîòíîñòè ñ èñïîëüçîâàíèåì çàòâîðà íà îñíîâå ñòåêëîêðèñòàëëè÷åñêîãî ìàòåðèàëà ñ íàíîðàçìåðíîé øïèíåëüþ, àêòèâèðîâàííîãî èîíàìè äâóõâàëåíòíîãî êîáàëüòà, ýíåðãèÿ âûõîäíîãî èçëó÷åíèÿ ñîñòàâèëà 1,3 ìÄæ ïðè äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà 19 íñ. Ïðè àêòèâíîé ìîäóëÿöèè äîáðîòíîñòè ýíåðãèÿ ðàçðàáîòàííîãî ëàçåðà ñîñòàâèëà 2,3 ìÄæ. Ïðîâåäåíà îöåíêà âíóòðåííèõ îïòè÷åñêèõ ïîòåðü, îïðåäåëåíû ïàðàìåòðû ïàññèâíîãî çàòâîðà.
Êîäû OCIS: 140.0140, 140.3500, 140.3580.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 31.03.2008.
Ââåäåíèå
Ëàçåðû íà ýðáèåâîì ñòåêëå – ïåðñïåêòèâíûå èñòî÷íèêè óñëîâíî áåçîïàñíîãî äëÿ îðãàíîâ çðåíèÿ èçëó÷åíèÿ (1,5–1,6 ìêì) [1, 2].  íàñòîÿùåå âðåìÿ áîëüøîå âíèìàíèå óäåëÿåòñÿ ïðîáëåìå ïîâûøåíèÿ âûõîäíîé ýíåðãèè èçëó÷åíèÿ Eout òàêèõ èçëó÷àòåëåé. Îäèí èç ñïîñîáîâ äîñòèæåíèÿ âûñîêèõ çíà÷åíèé Eout çàêëþ÷àåòñÿ â èñïîëüçîâàíèè ìíîãîïðîõîäíûõ àêòèâíûõ ýëåìåíòîâ (ÀÝ) ñî ñëýá-ãåîìåòðèåé. Çèãçàãîîáðàçíûé îïòè÷åñêèé ïóòü ïîçâîëÿåò ñâåñòè ê ìèíèìóìó âëèÿíèå òåïëîâîé ëèíçû è èíäóöèðîâàííîãî äâóëó÷åïðåëîìëåíèÿ íà õàðàêòåðèñòèêè àêòèâíûõ ýëåìåíòîâ ëàçåðîâ. Ñëýá-êîíôèãóðàöèÿ ÀÝ øèðîêî ïðèìåíÿåòñÿ ïðè ñîçäàíèè âûñîêîýôôåêòèâíûõ òâåðäîòåëüíûõ ëàçåðîâ íà îñíîâå Nd, Yb è Tm-ñîäåðæàùèõ ñðåä [3–5].
Íàñòîÿùàÿ ðàáîòà ïîñâÿùåíà ðàçðàáîòêå è èññëåäîâàíèþ ïàðàìåòðîâ òâåðäîòåëüíîãî ñëýá-ëàçåðà (ÒÑË) íà ýðáèé-èòòåðáèåâîì ñòåêëå ñ ìîùíîé ïîïåðå÷íîé äèîäíîé íàêà÷êîé, èçëó÷àþùåãî íà äëèíå âîëíû ïðèìåðíî 1,54 ìêì. Èçó÷åíà ðàáîòà ëàçåðà â ðåæèìàõ àêòèâíîé è ïàññèâíîé ìîäóëÿöèé
äîáðîòíîñòè, îöåíåíû âíóòðåííèå îïòè÷åñêèå ïîòåðè, îïðåäåëåíû ïàðàìåòðû ïàññèâíîãî çàòâîðà íà îñíîâå ñòåêëîêðèñòàëëè÷åñêîãî ìàòåðèàëà. Õàðàêòåðèñòèêè ñîçäàííîãî îáðàçöà ÒÑË ñîïîñòàâëåíû ñ ãåíåðàöèîííûìè ñâîéñòâàìè ëàçåðà íà ýðáèé-èòòåðáèåâîì ñòåêëå ñ öèëèíäðè÷åñêèì ÀÝ.
Ýêñïåðèìåíò
Êîíñòðóêöèÿ èññëåäîâàííîãî òâåðäîòåëüíîãî ñëýá-ëàçåðà ñ ïîïåðå÷íîé äèîäíîé íàêà÷êîé ñõåìàòè÷íî ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 1. ÀÝ èçãîòàâëèâàëñÿ èç áîðîñèëèêîôîñôàòíîãî ñòåêëà, ëåãèðîâàííîãî èîíàìè ýðáèÿ è èòòåðáèÿ (Er, Yb:ÁÑÔÑ). Êîíöåíòðàöèè ýðáèÿ è èòòåðáèÿ ñîñòàâëÿëè 5×1019 àò/ñì3 è 4×1021 àò/ñì3 ñîîòâåòñòâåííî. Àêòèâíûé ýëåìåíò ôîðìèðîâàëñÿ â âèäå óñå÷åííîãî ïàðàëëåëåïèïåäà 1×2×9,9 ìì3 ñ óãëîì ñêîñà ϕ ≈ 27°. Ãåîìåòðè÷åñêèå ïàðàìåòðû àêòèâíîãî ýëåìåíòà âûáèðàëèñü òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû äîñòèãàëîñü ïîëíîå àïåðòóðíîå/ îáúåìíîå çàïîëíåíèå àêòèâíîé ñðåäû ëàçåðíûì èçëó÷åíèåì ïðè ÷åòûðåõêðàòíîì âíóòðåííåì îòðàæåíèè ãåíåðèðóåìîãî ïó÷êà, âûõîäÿùåãî â íàïðàâ-
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 11, 2008
21
1 2
ϕ
3
4 5E
6
4
Ðèñ. 1. Ñõåìà ñëýá-ëàçåðà ñ ïîïåðå÷íîé äèîäíîé íàêà÷êîé. 1 – “ãëóõîå” ñôåðè÷åñêîå çåðêàëî r = 500 ìì, 2 – îïòè÷åñêèé çàòâîð (àêòèâíûé èëè ïàññèâíûé), 3 – àêòèâíûé ýëåìåíò, 4 – ëàçåðíûå äèîäíûå ëèíåéêè, 5 – âûõîäíîå ïëîñêîå çåðêàëî ñ R = 88%, 6 – ïîïåðå÷íûé ïðîôèëü ðàñïðåäåëåíèÿ èíòåíñèâíîñòè âûõîäíîãî ïó÷êà.
ëåíèè, ïàðàëëåëüíîì ãðàíÿì ïîëíîãî âíóòðåííåãî îòðàæåíèÿ ÀÝ. Ïðè ýòîì óãîë ñêîñà îáåñïå÷èâàë âõîä èçëó÷åíèÿ â ÀÝ ïîä óãëîì, áëèçêèì ê óãëó Áðþñòåðà, ÷òî ïîçâîëèëî íå íàíîñèòü íà ãðàíè ïðîñâåòëÿþùèå ïîêðûòèÿ. Ðàñ÷åòíûå çíà÷åíèÿ ïîòåðü íà âõîäíûõ ãðàíÿõ íå ïðåâûøàëè 2,5% çà ïîëíûé îáõîä ðåçîíàòîðà äëÿ èçëó÷åíèÿ ñ íàïðàâëåíèåì ïîëÿðèçàöèè, ïåðïåíäèêóëÿðíûì ãðàíÿì ïîëíîãî âíóòðåííåãî îòðàæåíèÿ. Äëÿ äðóãîé ïîëÿðèçàöèîííîé êîìïîíåíòû ðàñ÷åòíûå ïîòåðè çà ïîëíûé îáõîä ñîñòàâëÿëè ïîðÿäêà 60%. Äëÿ ñðàâíèòåëüíîãî àíàëèçà õàðàêòåðèñòèê ÒÑË â ýêñïåðèìåíòàõ èñïîëüçîâàëñÿ òàêæå ÀÝ â âèäå ñòåðæíÿ äèàìåòðîì 2 ìì è äëèíîé 10 ìì èç àíàëîãè÷íîãî Er, Yb:ÁÑÔÑ. Íà òîðöû ñòåðæíÿ íàíîñèëèñü ïîêðûòèÿ, ïðîñâåòëÿþùèå íà äëèíå âîëíû ãåíåðàöèè.
Àêòèâíûå ýëåìåíòû âîçáóæäàëèñü InGaAs/AlGaAs ëàçåðíûìè äèîäíûìè ëèíåéêàìè ñ øèðèíîé êàðòèíû áëèæíåãî ïîëÿ 5 ìì (ÎÀÎ “ÍÏÏ Èíæåêò”, Ñàðàòîâ, Ðîññèÿ). Ìîùíîñòü êàæäîé ëèíåéêè ñîñòàâëÿëà 25 Âò ïðè äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà íàêà÷êè 5 ìñ è ÷àñòîòå ñëåäîâàíèÿ èìïóëüñîâ äî 20 Ãö. Äèîäíûå ëèíåéêè ðàñïîëàãàëèñü ïàðàìè ñ äâóõ ñòîðîí ÀÝ.  ñëó÷àå àêòèâíîãî ýëåìåíòà ñî ñëýá-ãåîìåòðèåé èçëó÷åíèå íàêà÷êè ââîäèëîñü ÷åðåç ãðàíè ïîëíîãî âíóòðåííåãî îòðàæåíèÿ ÀÝ.
Õàðàêòåðèñòèêè ýðáèåâîãî èçëó÷àòåëÿ èññëåäîâàëèñü â ðåæèìå ñâîáîäíîé ãåíåðàöèè, à òàêæå â ðåæèìå ïàññèâíîé/àêòèâíîé ìîäóëÿöèè äîáðîòíîñòè.  êà÷åñòâå àêòèâíîãî çàòâîðà èñïîëüçîâàëñÿ ýëåêòðîîïòè÷åñêèé ìîäóëÿòîð íà îñíîâå íèîáàòà ëèòèÿ – LiNbO3. Ïàññèâíûé çàòâîð ïðåäñòàâëÿë ñîáîé ñòåêëîêðèñòàëëè÷åñêèé ìàòåðèàë, ñîäåðæàùèé íàíîðàçìåðíûå êðèñòàëëû øïèíåëè è àêòèâèðîâàííûé èîíàìè äâóõâàëåíòíîãî êîáàëüòà – Ñî:MAÑ. Ìàòåðèàë èçãîòàâëèâàëñÿ ðåãóëèðóåìîé êðèñòàëëèçàöèåé ñòåêëà, ñîäåðæàùåãî îêñèäû ìàãíèÿ è àëþ-
ìèíèÿ â ýêâèìîëÿðíîì ñîîòíîøåíèè è íåîáõîäèìóþ êîíöåíòðàöèþ îêñèäà êîáàëüòà. Ñòåêëî ñèíòåçèðîâàëîñü ïðè òåìïåðàòóðå 1560 °Ñ, à çàòåì îòæèãàëîñü ïðè 700 °Ñ.  ðåçóëüòàòå ðåãóëèðóåìîé êðèñòàëëèçàöèè èñõîäíîãî ñòåêëà â íåì ôîðìèðîâàëàñü êðèñòàëëè÷åñêàÿ ôàçà – íàíîðàçìåðíàÿ øïèíåëü, àêòèâèðîâàííàÿ èîíàìè äâóõâàëåíòíîãî êîáàëüòà. Ñ öåëüþ ïîëó÷åíèÿ òðåáóåìîãî êîëè÷åñòâà êðèñòàëëîâ øïèíåëè ïðîâîäèëàñü äîïîëíèòåëüíàÿ êðèñòàëëèçàöèÿ ñòåêëà ïðè 700–1000 °Ñ. Ðàçìåð êðèñòàëëîâ øïèíåëè â ïðèãîòîâëåííîì ñòåêëîêðèñòàëëè÷åñêîì ìàòåðèàëå Ñî:MAÑ ñîñòàâëÿë ïðèìåðíî 10 íì, ÷òî îáåñïå÷èâàëî åãî ïðîçðà÷íîñòü. Ñïåêòð ïðîïóñêàíèÿ ïàññèâíîãî çàòâîðà ïðåäñòàâëåí íà ðèñ. 2. Ïîëîñà ïîãëîùåíèÿ â îáëàñòè äëèí âîëí 1,1–1,7 ìêì ñâÿçàíà ñ ïåðåõîäîì 4À2 → 4Ò1(4F) èîíîâ êîáàëüòà Co2+, çàíèìàþùèõ òåòðàýäðè÷åñêè êîîðäèíèðîâàííûå ïîçèöèè â ñòðóêòóðå êðèñòàëëà MgAl2O4 [6–8] (âñòàâêà íà ðèñ. 2). Íà÷àëüíîå ïðîïóñêàíèå çàòâîðà ñîñòàâëÿëî ïðèìåðíî 79%.
Âðåìÿ ðåëàêñàöèè ïðîñâåòëåíèÿ ïàññèâíîãî çàòâîðà èçìåðÿëîñü ïî ìåòîäó “âîçáóæäåíèå-çîíäèðîâàíèå” ïðè âîçáóæäåíèè èìïóëüñàìè èçëó÷åíèÿ ýðáèåâîãî ëàçåðà (1,54 ìêì) äëèòåëüíîñòüþ 70 íñ. Ïëîòíîñòü ýíåðãèè âîçáóæäåíèÿ íà ïîâåðõíîñòè Ñî:MAÑ áûëà îêîëî 2 Äæ/ñì2. Çîíäèðîâàíèå îñó-
T, % 90
1,54 ìêì
80
4P 1,1–1,7 ìêì 70
4F
60 1,0
1,4
4T1 4T1 4T2 4A2
1,8 Äëèíà âîëíû, ìêì
Ðèñ. 2. Ïðîïóñêàíèå Ò ñòåêëîêðèñòàëëè÷åñêîãî
ìàòåðèàëà Ñî:MAÑ òîëùèíîé 0,7 ìì â çàâèñèìîñòè îò äëèíû âîëíû èçëó÷åíèÿ â áëèæíåé ÈÊ îáëàñòè ñïåêòðà. Íà âñòàâêå ïðèâåäåíà ñõåìà ýíåðãåòè÷åñêèõ óðîâíåé èîíà Ñî2+(3d7) â òåòðàýäðè÷åñêîì êðèñòàëëè÷åñêîì ïîëå ñèììåòðèè Td è ïîêàçàí ïåðåõîä, ñîîòâåòñòâóþùèé ïîëîñå ïîãëîùåíèÿ â îá-
ëàñòè 1,1–1,7 ìêì.
22 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 11, 2008
ùåñòâëÿëîñü íà äëèíå âîëíû 1,35 ìêì äëèííûì èìïóëüñîì (ïðèáëèçèòåëüíî 500 ìêñ) èçëó÷åíèÿ ëàçåðà íà Nd:KGW ñ êâàçèíåïðåðûâíîé äèîäíîé íàêà÷êîé.
Ðåçîíàòîð ôîðìèðîâàëñÿ ñ ïîìîùüþ ïîëóñôåðè÷åñêîãî “ãëóõîãî” çåðêàëà ñ ðàäèóñîì êðèâèçíû r = 500 ìì (èëè r = 1000 ìì) è âûõîäíûìè ïëîñêèìè çåðêàëàìè ñ ðàçëè÷íûìè êîýôôèöèåíòàìè îòðàæåíèÿ R = 78, 88, 95 è 98% íà äëèíå âîëíû ãåíåðàöèè (1540 íì). Ðåçîíàòîð ëàçåðà ñ ìîäóëèðîâàííîé äîáðîòíîñòüþ ôîðìèðîâàëñÿ ñ ïîìîùüþ “ãëóõîãî” ñôåðè÷åñêîãî çåðêàëà (ðàäèóñ êðèâèçíû 500 ìì) è ïëîñêîãî çåðêàëà ñ R = 88%. Äëèíà ðåçîíàòîðà ñîñòàâëÿëà 60 ìì.
Ñòåïåíü ïîëÿðèçàöèè ÒÑË îïðåäåëÿëàñü èç çàâèñèìîñòè èíòåíñèâíîñòè èçëó÷åíèÿ ïîñëå åãî ïðîõîæäåíèÿ ÷åðåç ïðèçìó Ãëàíà îò óãëà ïîâîðîòà ïðèçìû. Ýíåðãèÿ ïðîøåäøåãî ÷åðåç ïîëÿðèçàòîð èçëó÷åíèÿ èçìåðÿëàñü ñ ïîìîùüþ öèôðîâîãî ïðèáîðà Ophir Laser Star.
Ïàðàìåòð êà÷åñòâà ïó÷êà èçëó÷åíèÿ Ì 2 îïðåäåëÿëñÿ ïî ìåòîäèêå, îñíîâûâàþùåéñÿ íà ãèïåðáîëè÷åñêîé àïïðîêñèìàöèè çàâèñèìîñòè äèàìåòðîâ ïó÷êà îò ðàññòîÿíèÿ â îáëàñòè ïåðåòÿæêè, ôîðìèðóåìîé òîíêîé ëèíçîé. Ôîêóñíîå ðàññòîÿíèå ëèíçû ðàâíÿëîñü 130 ìì. Äèàìåòðû èññëåäóåìûõ ïó÷êîâ íàõîäèëèñü ìåòîäîì ìîìåíòîâ âòîðîãî ïîðÿäêà ñ èñïîëüçîâàíèåì ïîïåðå÷íûõ ïðîôèëåé ðàñïðåäåëåíèÿ èíòåíñèâíîñòè èçëó÷åíèÿ, ðåãèñòðèðóåìûõ ñ ïîìîùüþ ÈÊ êàìåðû ElectroPhysics 7290 Infrared Vidicon (Coherent) ñ íàáîðîì àòòåíþàòîðîâ, íå èñêàæàþùèõ ïðîôèëü ïó÷êà [9].
Äëèòåëüíîñòü è ÷àñòîòà ñëåäîâàíèÿ èìïóëüñîâ èçëó÷åíèÿ èçìåðÿëèñü ñ ïîìîùüþ ñêîðîñòíîãî ãåðìàíèåâîãî ôîòîäèîäà ÔÏ-150Ï è öèôðîâîãî îñöèëëîãðàôà Tektronix TDS 3052B.
Ðåçóëüòàòû è îáñóæäåíèå
 ðåæèìå ñâîáîäíîé ãåíåðàöèè ýíåðãèÿ âûõîäíîãî ñâåòîâîãî èìïóëüñà ðàçðàáîòàííîãî ÒÑË äîñòèãàëà çíà÷åíèé 7 ìÄæ (äëèòåëüíîñòü èìïóëüñà ãåíåðàöèè 4 ìñ, ïîãëîùåííàÿ ìîùíîñòü èçëó÷åíèÿ íàêà÷êè ïîðÿäêà 30 Âò, ÷àñòîòà ñëåäîâàíèÿ èìïóëüñîâ 1 Ãö). Âíåøíèé äèôôåðåíöèàëüíûé êâàíòîâûé âûõîä ãåíåðàöèè ñîñòàâëÿë ≈ 8–15%. Êàê âèäíî èç ðèñ. 1 (6), ïîïåðå÷íûé ïðîôèëü ðàñïðåäåëåíèÿ èíòåíñèâíîñòè èçëó÷åíèÿ ÒÑË íå ÿâëÿåòñÿ êðóãîâûì. Ïîýòîìó ïàðàìåòð êà÷åñòâà M2 ãåíåðèðóåìîãî ïó÷êà èçìåðÿëñÿ â äâóõ âçàèìíî îðòîãîíàëüíûõ íàïðàâëåíèÿõ, ñîîòâåòñòâóþùèõ ìèíèìàëüíîìó è ìàêñèìàëüíîìó ðàçìåðàì ïó÷êà. Çíà÷åíèÿ M 2 îêàçàëèñü ðàâíûìè 2,8 (â íàïðàâëåíèè ìèíèìàëüíîãî ðàçìåðà) è 3,4 (â íàïðàâëåíèè ìàêñèìàëüíîãî ðàçìåðà).
Ãåíåðèðóåìîå èçëó÷åíèå ÒÑË èìååò ïðàêòè÷åñêè 100% ëèíåéíóþ ïîëÿðèçàöèþ, ïðè ýòîì ýëåêòðè÷åñêèé âåêòîð ñâåòîâîé âîëíû E ðàñïîëàãàåòñÿ ïåðïåíäèêóëÿðíî ãðàíÿì ïîëíîãî âíóòðåííåãî îòðàæåíèÿ. Òàêîå ïîëîæåíèå âåêòîðà E, ïî âñåé âèäèìîñòè, çàäàåòñÿ óñëîâèÿìè ïîëÿðèçàöèè ïó÷êà, èñïûòûâàþùåãî ïîëíîå âíóòðåííåå îòðàæåíèå âíóòðè ÀÝ, ïðè êîòîðûõ îïòè÷åñêèå ïîòåðè äëÿ äàííîé îðèåíòàöèè E ìèíèìàëüíû.
 ñîîòâåòñòâèè ñ ìåòîäèêîé, èçëîæåííîé â [10], äëÿ ðàçðàáîòàííîãî îáðàçöà ÒÑË è ëàçåðà ñ öèëèíäðè÷åñêèì ÀÝ áûëè îöåíåíû êîýôôèöèåíòû âíóòðåííèõ îïòè÷åñêèõ ïîòåðü ρ. Âàðèàöèÿ êîíôèãóðàöèé ðåçîíàòîðîâ îñóùåñòâëÿëàñü ñ ïîìîùüþ “ãëóõèõ” çåðêàë r = 500 è 1000 ìì è âûõîäíûõ çåðêàë ñ R = 78, 88, 95 è 98%. Äëèíà ðåçîíàòîðà áûëà ïîñòîÿííîé è ðàâíÿëàñü 60 ìì. Ïàðàìåòð ρ äëÿ àêòèâíîãî ýëåìåíòà ñî ñëýá-êîíôèãóðàöèåé îêàçàëñÿ ðàâíûì 0,03 ñì–1, â ñëó÷àå öèëèíäðè÷åñêîãî ÀÝ çíà÷åíèå ρ ñîñòàâèëî 0,07 ñì–1. Òàêîé ðàçáðîñ â çíà÷åíèÿõ êîýôôèöèåíòîâ âíóòðåííèõ îïòè÷åñêèõ ïîòåðü îáúÿñíÿåòñÿ êàê íåîäíîðîäíîñòÿìè ñòåêëà, èç êîòîðîãî èçãîòàâëèâàëèñü àêòèâíûå ýëåìåíòû, òàê è ðàçëè÷èåì ðàçìåðîâ îáëàñòåé íàêà÷êè â ÀÝ ñî ñëýá-ãåîìåòðèåé è â öèëèíäðè÷åñêîì àêòèâíîì ýëåìåíòå.
Èññëåäîâàíèÿ êèíåòèêè íàâåäåííîãî èçìåíåíèÿ ïîãëîùåíèÿ äëÿ ñòåêëîêðèñòàëëè÷åñêîãî ìàòåðèàëà ïîçâîëèëè óñòàíîâèòü, ÷òî ðåëàêñàöèÿ èçìåíåíèÿ ïîãëîùåíèÿ â Ñî:MAÑ íîñèò ìîíîýêñïîíåíöèàëüíûé õàðàêòåð ñ ïîñòîÿííîé âðåìåíè 270 ± 45 íñ, âåëè÷èíà êîòîðîãî îïðåäåëÿåòñÿ âðåìåíåì æèçíè â âîçáóæäåííîì ñîñòîÿíèè òåðìà 4Ò2 òåòðàêîîðäèíèðîâàííîãî èîíà Co2 (ñì. âñòàâêó íà ðèñ. 2) [8]. Çàâèñèìîñòü ïðîïóñêàíèÿ Ñî:MAÑ îò ïëîòíîñòè ïîòîêà ýíåðãèè ïàäàþùèõ èìïóëüñîâ ïîêàçàíà íà ðèñ. 3. Âèäíî, ÷òî ñ ðîñòîì íàêà÷êè ïðîïóñêàíèå îáðàçöà âîçðàñòàåò îò íà÷àëüíîãî (58%) äî ïðåäåëüíîãî (≈ 95%) çíà÷åíèÿ â ïîëíîñòüþ ïðîñâåòëåííîì ñîñòîÿíèè, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò ñðàâíèòåëüíîìó ïîêàçàòåëþ êà÷åñòâà FOM = ln(0,58)/ln(0,95) = 10,6. Îñòàòî÷íîå ïîãëîùåíèå â ïîëíîñòüþ ïðîñâåòëåííîì ñîñòîÿíèè âûçâàíî, ãëàâíûì îáðàçîì, ïðèñóòñòâèåì íåêîòîðîãî êîëè÷åñòâà èîíîâ êîáàëüòà â ñòåêëÿííîé ìàòðèöå è, âîçìîæíî, â àëþìîòèòàíàòíîé êðèñòàëëè÷åñêîé ôàçå. Àíàëèç ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ ðèñ. 3 â ðàìêàõ ìîäåëè ìåäëåííî ðåëàêñèðóþùåãî íàñûùàþùåãîñÿ ïîãëîòèòåëÿ [11] ñâèäåòåëüñòâóåò î òîì, ÷òî êîýôôèöèåíò îñòàòî÷íîãî ïîãëîùåíèÿ Ñî:MAÑ â ïîëíîñòüþ ïðîñâåòëåííîì ñîñòîÿíèè íå ïðåâûøàåò 0,15 cì–1, à ïîïåðå÷íîå ñå÷åíèå ïîãëîùåíèÿ èç îñíîâíîãî ñîñòîÿíèÿ äëÿ èîíîâ Co2+ σ = 4,0×10–19 cì2. Ïîëó÷åííîå çíà÷åíèå σ ñîãëàñóåòñÿ ñî çíà÷åíèÿìè ýôôåêòèâíîãî ñå-
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 11, 2008
23
T, % 100
ýíåðãèþ ãåíåðèðóåìîãî èìïóëüñà èçëó÷åíèÿ ÒÑË äî 2,3 ìÄæ. Ýíåðãèÿ âûõîäíîãî èìïóëüñà ëàçåðà ñ öèëèíäðè÷åñêèì ÀÝ è ýëåêòðîîïòè÷åñêèì çàòâîðîì íå ïðåâûøàëà 1,7 ìÄæ.
80
60
0 4 8 12 W, Äæ/ñì2
Ðèñ. 3. Çàâèñèìîñòü ïðîïóñêàíèÿ Ò ñòåêëîêðèñòàëëè÷åñêîãî ìàòåðèàëà Ñî:MAÑ òîëùèíîé 3,4 ìì íà äëèíå âîëíû 1,54 ìêì îò ïëîòíîñòè ïîòîêà ýíåðãèè W ïàäàþùèõ èìïóëüñîâ èçëó÷åíèÿ äëèòåëüíîñòüþ 70 íñ. Òî÷êàìè îáîçíà÷åíû ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå, ñïëîøíîé êðèâîé – ðàñ÷åòíûå. Äàííûå ïî ïðîïóñêàíèþ ñêîððåêòèðîâàíû íà ïîòåðè èçëó÷åíèÿ âñëåäñòâèå åãî îòðàæåíèÿ îò ïîâåðõíîñòåé îáðàçöà.
÷åíèÿ ïîãëîùåíèÿ èç îñíîâíîãî ñîñòîÿíèÿ äëÿ òåòðàêîîðäèíèðîâàííûõ èîíîâ Ñî2+ â ìîíîêðèñòàëëå MgAl2O4 [(2,6–5,1)×10–19 cì2], êîòîðîå â ñëó÷àå ëèíåéíî-ïîëÿðèçîâàííîãî ñâåòà çàâèñèò îò íàïðàâëåíèÿ êîëåáàíèÿ ýëåêòðè÷åñêîãî âåêòîðà è íàïðàâëåíèÿ ðàñïðîñòðàíåíèÿ èçëó÷åíèÿ ïî îòíîøåíèþ ê êðèñòàëëîãðàôè÷åñêèì îñÿì ìîíîêðèñòàëëà [12]. Ñîãëàñíî [12] âåëè÷èíà FOM äëÿ Ñî2+:MgAl2O4 ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî 11. Òàêèì îáðàçîì, âåëè÷èíà ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ ïîãëîùåíèÿ äëÿ Co:MAÑ áîëåå ÷åì â 60 ðàç ïðåâûøàåò ïîïåðå÷íîå ñå÷åíèå óñèëåíèÿ äëÿ ýðáèåâîãî ñòåêëà (ïîðÿäêà 6,2×10–21 cì2). Îòíîñèòåëüíî âûñîêîå çíà÷åíèå σ â ñî÷åòàíèè ñ áîëüøèì âðåìåíåì ðåëàêñàöèè ïðîñâåòëåíèÿ (ïðèáëèçèòåëüíî 270 íñ) è äîñòàòî÷íî áîëüøèì FOM = 10,6 ñâèäåòåëüñòâóþò î òîì, ÷òî ñòåêëîêðèñòàëëè÷åñêèé ìàòåðèàë Ñî:MAÑ ÿâëÿåòñÿ ýôôåêòèâíûì ïàññèâíûì çàòâîðîì äëÿ ëàçåðà íà ýðáèåâîì ñòåêëå.
 ðåæèìå ìîäóëèðîâàííîé äîáðîòíîñòè çíà÷åíèå ýíåðãèè âûõîäíîãî èçëó÷åíèÿ ÒÑË ñ ïàññèâíûì çàòâîðîì äîñòèãàëî 1,3 ìÄæ ïðè äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà 19 íñ.  ñëó÷àå ëàçåðà ñ öèëèíäðè÷åñêèì ÀÝ ïðè ñðàâíèìûõ óðîâíÿõ íàêà÷êè è äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà ýíåðãèÿ ëàçåðíîãî ìîíîèìïóëüñà ïðè ïàññèâíîé ìîäóëÿöèè äîáðîòíîñòè íàõîäèëàñü íà óðîâíå 1,0 ìÄæ.
Ïðèìåíåíèå ýëåêòðîîïòè÷åñêîãî çàòâîðà íà îñíîâå íèîáàòà ëèòèÿ ïîçâîëèëî óâåëè÷èòü âûõîäíóþ
Çàêëþ÷åíèå
Ðàçðàáîòàí è èññëåäîâàí òâåðäîòåëüíûé ñëýáëàçåð íà ýðáèé-èòòåðáèåâîì ñòåêëå ñ ìîùíîé ïîïåðå÷íîé äèîäíîé íàêà÷êîé, èçëó÷àþùèé íà äëèíå âîëíû ïîðÿäêà 1,54 ìêì.  ðåæèìå ïàññèâíîé ìîäóëÿöèè äîáðîòíîñòè ïðè ïîìîùè çàòâîðà íà îñíîâå ìàòåðèàëà Ñî:ÌÀÑ äîñòèãíóòîå çíà÷åíèå ýíåðãèè âûõîäíîãî èçëó÷åíèÿ ñëýá-ëàçåðà ñîñòàâèëî 1,3 ìÄæ ïðè äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà 19 íñ. Èñïîëüçóÿ ðåæèì àêòèâíîé ìîäóëÿöèè äîáðîòíîñòè, çíà÷åíèå ýíåðãèè ëàçåðíîãî èìïóëüñà ÒÑË óäàëîñü ïîâûñèòü äî 2,3 ìÄæ. Äàëüíåéøåå ïîâûøåíèå âûõîäíîé ìîùíîñòè îãðàíè÷èâàëîñü, â îñíîâíîì, ìîùíîñòüþ èñïîëüçóåìûõ ëàçåðíûõ äèîäíûõ ëèíååê.
Êîýôôèöèåíò âíóòðåííèõ îïòè÷åñêèõ ïîòåðü äëÿ àêòèâíûõ ýëåìåíòîâ íà îñíîâå Er, Yb:ÁÑÔÑ ñîñòàâëÿåò 0,03–0,07 ñì-1.
Ðåçóëüòàòû ñðàâíèòåëüíîãî àíàëèçà õàðàêòåðèñòèê ÒÑË è ëàçåðà ñ öèëèíäðè÷åñêèì ÀÝ ñâèäåòåëüñòâóþò î òîì, ÷òî ïðè ñðàâíèìûõ óðîâíÿõ íàêà÷êè ïðèìåíåíèå àêòèâíûõ ýëåìåíòîâ ñî ñëýá-ãåîìåòðèåé ïîçâîëÿåò ïðèáëèçèòåëüíî â 1,5 ðàçà ïîâûñèòü ýíåðãèþ âûõîäíûõ èìïóëüñîâ ïðè ïðàêòè÷åñêè 100% ïîëÿðèçàöèè ãåíåðèðóåìîãî èçëó÷åíèÿ.
ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ
11. Øà÷êèí Ë.Â. Yb, Er-ëàçåð íà ôîñôàòíîì ñòåêëå ñ ïàññèâíîé ìîäóëÿöèåé äîáðîòíîñòè ðåçîíàòîðà // Êâàíò. ýëåêòðîí. 2006. Ò. 36. ¹ 2. Ñ. 106–110.
12. Song F., Wu Z.H., Liu S.J., Cai H., Tian J.G., Zhang G.Y., Denker B., Sverchkov S. Passive Q-switch microchip Er, Yb glass laser pumped by laser diode // Chin. Phys. Lett. 2006. V. 23. ¹ 5. P. 1195–1197.
13. Shi P., Li D., Zhang H., Wang Y., Du K. An 110 W Nd:YVO4 slab laser with high beam quality output // Opt. Commun. 2004. V. 229. P. 349–354.
14. Gong M., Li C., Liu Q., Chen G., Gong W., Yan P. 200-W corner-pumped Yb:YAG slab laser // Appl. Phys. B. 2004. V. 79. P. 265–267.
15. So S., Mackenzie J.I., Shepherd D.P., Clarkson W.A., Betterton J.G., Gorton E.K. A power scaling strategy for longitudinally diode-pumped Tm:YLF lasers // Appl. Phys. B. 2006. V. 86. P. 389–393.
16. Tanaka K., Mukai T., Ishihara T., Hirao K., Soga N., Sogo S., Ashida M., Kato R. Preparation and optical properties of
24 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 11, 2008
transparent glass-ceramics containing cobalt (II) ions // J. Am. Ceram. Soc. 1993. V. 76. P. 2839–2845.
17. Yumashev K.V., Denisov I.A., Posnov N.N., Prokoshin P.V., Mikhailov V.P. Nonlinear absorption properties of Co2+:MgAl2O4 crystal // Appl. Phys. B. 2000. V. 70. P. 179–184.
18. Malyarevich A.M., Denisov I.A., Yumashev K.V., Dymshits O.S., Zhilin A.A. Optical absorption and luminescence study of cobalt-doped magnesium aluminosilicate glass ceramics // JOSA B. 2002. V. 19. P. 1815–1821.
19. Ðÿáöåâ Ã.È., Áîãäàíîâè÷ Ì.Â., Åíæèåâñêèé À.È., Ïàðàùóê Â.Â., Áóðîâ Ë.È., Ùåìåëåâ Ì.À., Ðÿáöåâ À.Ã., Ìàøêî Â.Â., Òåïëÿøèí Ë.Ë., Êðàñêîâñêèé À.Ñ. Ïðîñòðàíñòâåííûå è ïîëÿðèçàöèîííûå ñâîéñòâà âûõîäíîãî ïó÷êà ýðáèé-èòòåðáèåâîãî ëàçåðà ñ ïîïåðå÷íîé äè-
îäíîé íàêà÷êîé // Îïòè÷åñêèé æóðíàë. 2006. Ò. 73. ¹ 5. Ñ. 1014.
10. Mashko V.V., Ryabtsev G.I., Bogdanovich M.V., Drakov A.S., Enzhyieuski A.I., Kostik O.E., Pozhidaev A.V., Ryabtsev A.G., Shemelev M.A., Teplyashin L.L. Diode-pumped solid-state lasers with controlled parameters for spectroscopic applications // Publ. Astron. Obs. Belgrade. 2007. ¹ 82. P. 149–156.
11. Kuo Y.K., Huang M.F., Birnbaum M. Tunable Cr4+:YSO Q-switched Cr:LiCAF laser // IEEE J. Quantum Electronics. 1995. V. 31. P. 657–663.
12. Volk Y.V., Malyarevich A.M., Yumashev K.V., Matrosov V.N., Matrosova T.A., Kupchenko M.I. Anisotropy of nonlinear absorption in Co2+:MgAl2O4 crystal // Appl. Phys. B. 2007. V. 88. P. 443–447.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 11, 2008
25
ÓÄÊ 621.373.826; 621.375.826
ÑËÝÁ-ËÀÇÅÐ ÍÀ ÝÐÁÈÅÂÎÌ ÑÒÅÊËÅ Ñ ÏÎÏÅÐÅ×ÍÎÉ ÄÈÎÄÍÎÉ ÍÀÊÀ×ÊÎÉ
© 2008 ã. © 2008 ã. © 2008 ã. © 2008 ã. © 2008 ã.
Ã. È. Ðÿáöåâ*, äîêòîð ôèç.-ìàò. íàóê; Ì. Â. Áîãäàíîâè÷*; À. È. Åíæèåâñêèé*; Ë. Ë. Òåïëÿøèí*, êàíä. ôèç.-ìàò. íàóê; À. Ï. Êëèùåíêî**, äîêòîð ôèç.-ìàò. íàóê; À. Â. Ïîæèäàåâ**; Ì. À. Ùåìåëåâ**; À. Ã. Ðÿáöåâ**; À. Ñ. Êðàñêîâñêèé***; Ñ. Í. Òèòîâåö***; Ê. Â. Þìàøåâ****, äîêòîð ôèç.-ìàò. íàóê; À. Ì. Ìàëÿðåâè÷****, êàíä. ôèç.-ìàò. íàóê; Î. Ñ. Äûìøèö*****, êàíä. õèì. íàóê; À. À. Æèëèí*****, êàíä. õèì. íàóê
***** Èíñòèòóò ôèçèêè èì. Á.È. Ñòåïàíîâà ÍÀÍ Áåëîðóññèè, Ìèíñê, Áåëîðóññèÿ
***** Áåëîðóññêèé ãîñóäàðñòâåííûé óíèâåðñèòåò, Ìèíñê, Áåëîðóññèÿ
***** ÎÀÎ “Ïåëåíã”, Ìèíñê, Áåëîðóññèÿ
***** ÍÈÈ îïòè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ è òåõíîëîãèé Áåëîðóññêîãî íàöèîíàëüíîãî òåõíè÷åñêîãî óíèâåðñèòåòà, ***** Ìèíñê, Áåëîðóññèÿ
***** Íàó÷íî-èññëåäîâàòåëüñêèé è òåõíîëîãè÷åñêèé èíñòèòóò îïòè÷åñêîãî ìàòåðèàëîâåäåíèÿ ***** ÂÍÖ “ÃÎÈ èì. Ñ.È. Âàâèëîâà”, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã
***** Å-mail: ryabtsev@dragon.bas-net.by
Ðàçðàáîòàí è èññëåäîâàí ñëýá-ëàçåð íà îñíîâå áîðîñèëèêîôîñôàòíîãî ñòåêëà, ëåãèðîâàííîãî ýðáèåì è èòòåðáèåì, ñ ïîïåðå÷íîé äèîäíîé íàêà÷êîé.  ðåæèìå ïàññèâíîé ìîäóëÿöèè äîáðîòíîñòè ñ èñïîëüçîâàíèåì çàòâîðà íà îñíîâå ñòåêëîêðèñòàëëè÷åñêîãî ìàòåðèàëà ñ íàíîðàçìåðíîé øïèíåëüþ, àêòèâèðîâàííîãî èîíàìè äâóõâàëåíòíîãî êîáàëüòà, ýíåðãèÿ âûõîäíîãî èçëó÷åíèÿ ñîñòàâèëà 1,3 ìÄæ ïðè äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà 19 íñ. Ïðè àêòèâíîé ìîäóëÿöèè äîáðîòíîñòè ýíåðãèÿ ðàçðàáîòàííîãî ëàçåðà ñîñòàâèëà 2,3 ìÄæ. Ïðîâåäåíà îöåíêà âíóòðåííèõ îïòè÷åñêèõ ïîòåðü, îïðåäåëåíû ïàðàìåòðû ïàññèâíîãî çàòâîðà.
Êîäû OCIS: 140.0140, 140.3500, 140.3580.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 31.03.2008.
Ââåäåíèå
Ëàçåðû íà ýðáèåâîì ñòåêëå – ïåðñïåêòèâíûå èñòî÷íèêè óñëîâíî áåçîïàñíîãî äëÿ îðãàíîâ çðåíèÿ èçëó÷åíèÿ (1,5–1,6 ìêì) [1, 2].  íàñòîÿùåå âðåìÿ áîëüøîå âíèìàíèå óäåëÿåòñÿ ïðîáëåìå ïîâûøåíèÿ âûõîäíîé ýíåðãèè èçëó÷åíèÿ Eout òàêèõ èçëó÷àòåëåé. Îäèí èç ñïîñîáîâ äîñòèæåíèÿ âûñîêèõ çíà÷åíèé Eout çàêëþ÷àåòñÿ â èñïîëüçîâàíèè ìíîãîïðîõîäíûõ àêòèâíûõ ýëåìåíòîâ (ÀÝ) ñî ñëýá-ãåîìåòðèåé. Çèãçàãîîáðàçíûé îïòè÷åñêèé ïóòü ïîçâîëÿåò ñâåñòè ê ìèíèìóìó âëèÿíèå òåïëîâîé ëèíçû è èíäóöèðîâàííîãî äâóëó÷åïðåëîìëåíèÿ íà õàðàêòåðèñòèêè àêòèâíûõ ýëåìåíòîâ ëàçåðîâ. Ñëýá-êîíôèãóðàöèÿ ÀÝ øèðîêî ïðèìåíÿåòñÿ ïðè ñîçäàíèè âûñîêîýôôåêòèâíûõ òâåðäîòåëüíûõ ëàçåðîâ íà îñíîâå Nd, Yb è Tm-ñîäåðæàùèõ ñðåä [3–5].
Íàñòîÿùàÿ ðàáîòà ïîñâÿùåíà ðàçðàáîòêå è èññëåäîâàíèþ ïàðàìåòðîâ òâåðäîòåëüíîãî ñëýá-ëàçåðà (ÒÑË) íà ýðáèé-èòòåðáèåâîì ñòåêëå ñ ìîùíîé ïîïåðå÷íîé äèîäíîé íàêà÷êîé, èçëó÷àþùåãî íà äëèíå âîëíû ïðèìåðíî 1,54 ìêì. Èçó÷åíà ðàáîòà ëàçåðà â ðåæèìàõ àêòèâíîé è ïàññèâíîé ìîäóëÿöèé
äîáðîòíîñòè, îöåíåíû âíóòðåííèå îïòè÷åñêèå ïîòåðè, îïðåäåëåíû ïàðàìåòðû ïàññèâíîãî çàòâîðà íà îñíîâå ñòåêëîêðèñòàëëè÷åñêîãî ìàòåðèàëà. Õàðàêòåðèñòèêè ñîçäàííîãî îáðàçöà ÒÑË ñîïîñòàâëåíû ñ ãåíåðàöèîííûìè ñâîéñòâàìè ëàçåðà íà ýðáèé-èòòåðáèåâîì ñòåêëå ñ öèëèíäðè÷åñêèì ÀÝ.
Ýêñïåðèìåíò
Êîíñòðóêöèÿ èññëåäîâàííîãî òâåðäîòåëüíîãî ñëýá-ëàçåðà ñ ïîïåðå÷íîé äèîäíîé íàêà÷êîé ñõåìàòè÷íî ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 1. ÀÝ èçãîòàâëèâàëñÿ èç áîðîñèëèêîôîñôàòíîãî ñòåêëà, ëåãèðîâàííîãî èîíàìè ýðáèÿ è èòòåðáèÿ (Er, Yb:ÁÑÔÑ). Êîíöåíòðàöèè ýðáèÿ è èòòåðáèÿ ñîñòàâëÿëè 5×1019 àò/ñì3 è 4×1021 àò/ñì3 ñîîòâåòñòâåííî. Àêòèâíûé ýëåìåíò ôîðìèðîâàëñÿ â âèäå óñå÷åííîãî ïàðàëëåëåïèïåäà 1×2×9,9 ìì3 ñ óãëîì ñêîñà ϕ ≈ 27°. Ãåîìåòðè÷åñêèå ïàðàìåòðû àêòèâíîãî ýëåìåíòà âûáèðàëèñü òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû äîñòèãàëîñü ïîëíîå àïåðòóðíîå/ îáúåìíîå çàïîëíåíèå àêòèâíîé ñðåäû ëàçåðíûì èçëó÷åíèåì ïðè ÷åòûðåõêðàòíîì âíóòðåííåì îòðàæåíèè ãåíåðèðóåìîãî ïó÷êà, âûõîäÿùåãî â íàïðàâ-
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 11, 2008
21
1 2
ϕ
3
4 5E
6
4
Ðèñ. 1. Ñõåìà ñëýá-ëàçåðà ñ ïîïåðå÷íîé äèîäíîé íàêà÷êîé. 1 – “ãëóõîå” ñôåðè÷åñêîå çåðêàëî r = 500 ìì, 2 – îïòè÷åñêèé çàòâîð (àêòèâíûé èëè ïàññèâíûé), 3 – àêòèâíûé ýëåìåíò, 4 – ëàçåðíûå äèîäíûå ëèíåéêè, 5 – âûõîäíîå ïëîñêîå çåðêàëî ñ R = 88%, 6 – ïîïåðå÷íûé ïðîôèëü ðàñïðåäåëåíèÿ èíòåíñèâíîñòè âûõîäíîãî ïó÷êà.
ëåíèè, ïàðàëëåëüíîì ãðàíÿì ïîëíîãî âíóòðåííåãî îòðàæåíèÿ ÀÝ. Ïðè ýòîì óãîë ñêîñà îáåñïå÷èâàë âõîä èçëó÷åíèÿ â ÀÝ ïîä óãëîì, áëèçêèì ê óãëó Áðþñòåðà, ÷òî ïîçâîëèëî íå íàíîñèòü íà ãðàíè ïðîñâåòëÿþùèå ïîêðûòèÿ. Ðàñ÷åòíûå çíà÷åíèÿ ïîòåðü íà âõîäíûõ ãðàíÿõ íå ïðåâûøàëè 2,5% çà ïîëíûé îáõîä ðåçîíàòîðà äëÿ èçëó÷åíèÿ ñ íàïðàâëåíèåì ïîëÿðèçàöèè, ïåðïåíäèêóëÿðíûì ãðàíÿì ïîëíîãî âíóòðåííåãî îòðàæåíèÿ. Äëÿ äðóãîé ïîëÿðèçàöèîííîé êîìïîíåíòû ðàñ÷åòíûå ïîòåðè çà ïîëíûé îáõîä ñîñòàâëÿëè ïîðÿäêà 60%. Äëÿ ñðàâíèòåëüíîãî àíàëèçà õàðàêòåðèñòèê ÒÑË â ýêñïåðèìåíòàõ èñïîëüçîâàëñÿ òàêæå ÀÝ â âèäå ñòåðæíÿ äèàìåòðîì 2 ìì è äëèíîé 10 ìì èç àíàëîãè÷íîãî Er, Yb:ÁÑÔÑ. Íà òîðöû ñòåðæíÿ íàíîñèëèñü ïîêðûòèÿ, ïðîñâåòëÿþùèå íà äëèíå âîëíû ãåíåðàöèè.
Àêòèâíûå ýëåìåíòû âîçáóæäàëèñü InGaAs/AlGaAs ëàçåðíûìè äèîäíûìè ëèíåéêàìè ñ øèðèíîé êàðòèíû áëèæíåãî ïîëÿ 5 ìì (ÎÀÎ “ÍÏÏ Èíæåêò”, Ñàðàòîâ, Ðîññèÿ). Ìîùíîñòü êàæäîé ëèíåéêè ñîñòàâëÿëà 25 Âò ïðè äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà íàêà÷êè 5 ìñ è ÷àñòîòå ñëåäîâàíèÿ èìïóëüñîâ äî 20 Ãö. Äèîäíûå ëèíåéêè ðàñïîëàãàëèñü ïàðàìè ñ äâóõ ñòîðîí ÀÝ.  ñëó÷àå àêòèâíîãî ýëåìåíòà ñî ñëýá-ãåîìåòðèåé èçëó÷åíèå íàêà÷êè ââîäèëîñü ÷åðåç ãðàíè ïîëíîãî âíóòðåííåãî îòðàæåíèÿ ÀÝ.
Õàðàêòåðèñòèêè ýðáèåâîãî èçëó÷àòåëÿ èññëåäîâàëèñü â ðåæèìå ñâîáîäíîé ãåíåðàöèè, à òàêæå â ðåæèìå ïàññèâíîé/àêòèâíîé ìîäóëÿöèè äîáðîòíîñòè.  êà÷åñòâå àêòèâíîãî çàòâîðà èñïîëüçîâàëñÿ ýëåêòðîîïòè÷åñêèé ìîäóëÿòîð íà îñíîâå íèîáàòà ëèòèÿ – LiNbO3. Ïàññèâíûé çàòâîð ïðåäñòàâëÿë ñîáîé ñòåêëîêðèñòàëëè÷åñêèé ìàòåðèàë, ñîäåðæàùèé íàíîðàçìåðíûå êðèñòàëëû øïèíåëè è àêòèâèðîâàííûé èîíàìè äâóõâàëåíòíîãî êîáàëüòà – Ñî:MAÑ. Ìàòåðèàë èçãîòàâëèâàëñÿ ðåãóëèðóåìîé êðèñòàëëèçàöèåé ñòåêëà, ñîäåðæàùåãî îêñèäû ìàãíèÿ è àëþ-
ìèíèÿ â ýêâèìîëÿðíîì ñîîòíîøåíèè è íåîáõîäèìóþ êîíöåíòðàöèþ îêñèäà êîáàëüòà. Ñòåêëî ñèíòåçèðîâàëîñü ïðè òåìïåðàòóðå 1560 °Ñ, à çàòåì îòæèãàëîñü ïðè 700 °Ñ.  ðåçóëüòàòå ðåãóëèðóåìîé êðèñòàëëèçàöèè èñõîäíîãî ñòåêëà â íåì ôîðìèðîâàëàñü êðèñòàëëè÷åñêàÿ ôàçà – íàíîðàçìåðíàÿ øïèíåëü, àêòèâèðîâàííàÿ èîíàìè äâóõâàëåíòíîãî êîáàëüòà. Ñ öåëüþ ïîëó÷åíèÿ òðåáóåìîãî êîëè÷åñòâà êðèñòàëëîâ øïèíåëè ïðîâîäèëàñü äîïîëíèòåëüíàÿ êðèñòàëëèçàöèÿ ñòåêëà ïðè 700–1000 °Ñ. Ðàçìåð êðèñòàëëîâ øïèíåëè â ïðèãîòîâëåííîì ñòåêëîêðèñòàëëè÷åñêîì ìàòåðèàëå Ñî:MAÑ ñîñòàâëÿë ïðèìåðíî 10 íì, ÷òî îáåñïå÷èâàëî åãî ïðîçðà÷íîñòü. Ñïåêòð ïðîïóñêàíèÿ ïàññèâíîãî çàòâîðà ïðåäñòàâëåí íà ðèñ. 2. Ïîëîñà ïîãëîùåíèÿ â îáëàñòè äëèí âîëí 1,1–1,7 ìêì ñâÿçàíà ñ ïåðåõîäîì 4À2 → 4Ò1(4F) èîíîâ êîáàëüòà Co2+, çàíèìàþùèõ òåòðàýäðè÷åñêè êîîðäèíèðîâàííûå ïîçèöèè â ñòðóêòóðå êðèñòàëëà MgAl2O4 [6–8] (âñòàâêà íà ðèñ. 2). Íà÷àëüíîå ïðîïóñêàíèå çàòâîðà ñîñòàâëÿëî ïðèìåðíî 79%.
Âðåìÿ ðåëàêñàöèè ïðîñâåòëåíèÿ ïàññèâíîãî çàòâîðà èçìåðÿëîñü ïî ìåòîäó “âîçáóæäåíèå-çîíäèðîâàíèå” ïðè âîçáóæäåíèè èìïóëüñàìè èçëó÷åíèÿ ýðáèåâîãî ëàçåðà (1,54 ìêì) äëèòåëüíîñòüþ 70 íñ. Ïëîòíîñòü ýíåðãèè âîçáóæäåíèÿ íà ïîâåðõíîñòè Ñî:MAÑ áûëà îêîëî 2 Äæ/ñì2. Çîíäèðîâàíèå îñó-
T, % 90
1,54 ìêì
80
4P 1,1–1,7 ìêì 70
4F
60 1,0
1,4
4T1 4T1 4T2 4A2
1,8 Äëèíà âîëíû, ìêì
Ðèñ. 2. Ïðîïóñêàíèå Ò ñòåêëîêðèñòàëëè÷åñêîãî
ìàòåðèàëà Ñî:MAÑ òîëùèíîé 0,7 ìì â çàâèñèìîñòè îò äëèíû âîëíû èçëó÷åíèÿ â áëèæíåé ÈÊ îáëàñòè ñïåêòðà. Íà âñòàâêå ïðèâåäåíà ñõåìà ýíåðãåòè÷åñêèõ óðîâíåé èîíà Ñî2+(3d7) â òåòðàýäðè÷åñêîì êðèñòàëëè÷åñêîì ïîëå ñèììåòðèè Td è ïîêàçàí ïåðåõîä, ñîîòâåòñòâóþùèé ïîëîñå ïîãëîùåíèÿ â îá-
ëàñòè 1,1–1,7 ìêì.
22 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 11, 2008
ùåñòâëÿëîñü íà äëèíå âîëíû 1,35 ìêì äëèííûì èìïóëüñîì (ïðèáëèçèòåëüíî 500 ìêñ) èçëó÷åíèÿ ëàçåðà íà Nd:KGW ñ êâàçèíåïðåðûâíîé äèîäíîé íàêà÷êîé.
Ðåçîíàòîð ôîðìèðîâàëñÿ ñ ïîìîùüþ ïîëóñôåðè÷åñêîãî “ãëóõîãî” çåðêàëà ñ ðàäèóñîì êðèâèçíû r = 500 ìì (èëè r = 1000 ìì) è âûõîäíûìè ïëîñêèìè çåðêàëàìè ñ ðàçëè÷íûìè êîýôôèöèåíòàìè îòðàæåíèÿ R = 78, 88, 95 è 98% íà äëèíå âîëíû ãåíåðàöèè (1540 íì). Ðåçîíàòîð ëàçåðà ñ ìîäóëèðîâàííîé äîáðîòíîñòüþ ôîðìèðîâàëñÿ ñ ïîìîùüþ “ãëóõîãî” ñôåðè÷åñêîãî çåðêàëà (ðàäèóñ êðèâèçíû 500 ìì) è ïëîñêîãî çåðêàëà ñ R = 88%. Äëèíà ðåçîíàòîðà ñîñòàâëÿëà 60 ìì.
Ñòåïåíü ïîëÿðèçàöèè ÒÑË îïðåäåëÿëàñü èç çàâèñèìîñòè èíòåíñèâíîñòè èçëó÷åíèÿ ïîñëå åãî ïðîõîæäåíèÿ ÷åðåç ïðèçìó Ãëàíà îò óãëà ïîâîðîòà ïðèçìû. Ýíåðãèÿ ïðîøåäøåãî ÷åðåç ïîëÿðèçàòîð èçëó÷åíèÿ èçìåðÿëàñü ñ ïîìîùüþ öèôðîâîãî ïðèáîðà Ophir Laser Star.
Ïàðàìåòð êà÷åñòâà ïó÷êà èçëó÷åíèÿ Ì 2 îïðåäåëÿëñÿ ïî ìåòîäèêå, îñíîâûâàþùåéñÿ íà ãèïåðáîëè÷åñêîé àïïðîêñèìàöèè çàâèñèìîñòè äèàìåòðîâ ïó÷êà îò ðàññòîÿíèÿ â îáëàñòè ïåðåòÿæêè, ôîðìèðóåìîé òîíêîé ëèíçîé. Ôîêóñíîå ðàññòîÿíèå ëèíçû ðàâíÿëîñü 130 ìì. Äèàìåòðû èññëåäóåìûõ ïó÷êîâ íàõîäèëèñü ìåòîäîì ìîìåíòîâ âòîðîãî ïîðÿäêà ñ èñïîëüçîâàíèåì ïîïåðå÷íûõ ïðîôèëåé ðàñïðåäåëåíèÿ èíòåíñèâíîñòè èçëó÷åíèÿ, ðåãèñòðèðóåìûõ ñ ïîìîùüþ ÈÊ êàìåðû ElectroPhysics 7290 Infrared Vidicon (Coherent) ñ íàáîðîì àòòåíþàòîðîâ, íå èñêàæàþùèõ ïðîôèëü ïó÷êà [9].
Äëèòåëüíîñòü è ÷àñòîòà ñëåäîâàíèÿ èìïóëüñîâ èçëó÷åíèÿ èçìåðÿëèñü ñ ïîìîùüþ ñêîðîñòíîãî ãåðìàíèåâîãî ôîòîäèîäà ÔÏ-150Ï è öèôðîâîãî îñöèëëîãðàôà Tektronix TDS 3052B.
Ðåçóëüòàòû è îáñóæäåíèå
 ðåæèìå ñâîáîäíîé ãåíåðàöèè ýíåðãèÿ âûõîäíîãî ñâåòîâîãî èìïóëüñà ðàçðàáîòàííîãî ÒÑË äîñòèãàëà çíà÷åíèé 7 ìÄæ (äëèòåëüíîñòü èìïóëüñà ãåíåðàöèè 4 ìñ, ïîãëîùåííàÿ ìîùíîñòü èçëó÷åíèÿ íàêà÷êè ïîðÿäêà 30 Âò, ÷àñòîòà ñëåäîâàíèÿ èìïóëüñîâ 1 Ãö). Âíåøíèé äèôôåðåíöèàëüíûé êâàíòîâûé âûõîä ãåíåðàöèè ñîñòàâëÿë ≈ 8–15%. Êàê âèäíî èç ðèñ. 1 (6), ïîïåðå÷íûé ïðîôèëü ðàñïðåäåëåíèÿ èíòåíñèâíîñòè èçëó÷åíèÿ ÒÑË íå ÿâëÿåòñÿ êðóãîâûì. Ïîýòîìó ïàðàìåòð êà÷åñòâà M2 ãåíåðèðóåìîãî ïó÷êà èçìåðÿëñÿ â äâóõ âçàèìíî îðòîãîíàëüíûõ íàïðàâëåíèÿõ, ñîîòâåòñòâóþùèõ ìèíèìàëüíîìó è ìàêñèìàëüíîìó ðàçìåðàì ïó÷êà. Çíà÷åíèÿ M 2 îêàçàëèñü ðàâíûìè 2,8 (â íàïðàâëåíèè ìèíèìàëüíîãî ðàçìåðà) è 3,4 (â íàïðàâëåíèè ìàêñèìàëüíîãî ðàçìåðà).
Ãåíåðèðóåìîå èçëó÷åíèå ÒÑË èìååò ïðàêòè÷åñêè 100% ëèíåéíóþ ïîëÿðèçàöèþ, ïðè ýòîì ýëåêòðè÷åñêèé âåêòîð ñâåòîâîé âîëíû E ðàñïîëàãàåòñÿ ïåðïåíäèêóëÿðíî ãðàíÿì ïîëíîãî âíóòðåííåãî îòðàæåíèÿ. Òàêîå ïîëîæåíèå âåêòîðà E, ïî âñåé âèäèìîñòè, çàäàåòñÿ óñëîâèÿìè ïîëÿðèçàöèè ïó÷êà, èñïûòûâàþùåãî ïîëíîå âíóòðåííåå îòðàæåíèå âíóòðè ÀÝ, ïðè êîòîðûõ îïòè÷åñêèå ïîòåðè äëÿ äàííîé îðèåíòàöèè E ìèíèìàëüíû.
 ñîîòâåòñòâèè ñ ìåòîäèêîé, èçëîæåííîé â [10], äëÿ ðàçðàáîòàííîãî îáðàçöà ÒÑË è ëàçåðà ñ öèëèíäðè÷åñêèì ÀÝ áûëè îöåíåíû êîýôôèöèåíòû âíóòðåííèõ îïòè÷åñêèõ ïîòåðü ρ. Âàðèàöèÿ êîíôèãóðàöèé ðåçîíàòîðîâ îñóùåñòâëÿëàñü ñ ïîìîùüþ “ãëóõèõ” çåðêàë r = 500 è 1000 ìì è âûõîäíûõ çåðêàë ñ R = 78, 88, 95 è 98%. Äëèíà ðåçîíàòîðà áûëà ïîñòîÿííîé è ðàâíÿëàñü 60 ìì. Ïàðàìåòð ρ äëÿ àêòèâíîãî ýëåìåíòà ñî ñëýá-êîíôèãóðàöèåé îêàçàëñÿ ðàâíûì 0,03 ñì–1, â ñëó÷àå öèëèíäðè÷åñêîãî ÀÝ çíà÷åíèå ρ ñîñòàâèëî 0,07 ñì–1. Òàêîé ðàçáðîñ â çíà÷åíèÿõ êîýôôèöèåíòîâ âíóòðåííèõ îïòè÷åñêèõ ïîòåðü îáúÿñíÿåòñÿ êàê íåîäíîðîäíîñòÿìè ñòåêëà, èç êîòîðîãî èçãîòàâëèâàëèñü àêòèâíûå ýëåìåíòû, òàê è ðàçëè÷èåì ðàçìåðîâ îáëàñòåé íàêà÷êè â ÀÝ ñî ñëýá-ãåîìåòðèåé è â öèëèíäðè÷åñêîì àêòèâíîì ýëåìåíòå.
Èññëåäîâàíèÿ êèíåòèêè íàâåäåííîãî èçìåíåíèÿ ïîãëîùåíèÿ äëÿ ñòåêëîêðèñòàëëè÷åñêîãî ìàòåðèàëà ïîçâîëèëè óñòàíîâèòü, ÷òî ðåëàêñàöèÿ èçìåíåíèÿ ïîãëîùåíèÿ â Ñî:MAÑ íîñèò ìîíîýêñïîíåíöèàëüíûé õàðàêòåð ñ ïîñòîÿííîé âðåìåíè 270 ± 45 íñ, âåëè÷èíà êîòîðîãî îïðåäåëÿåòñÿ âðåìåíåì æèçíè â âîçáóæäåííîì ñîñòîÿíèè òåðìà 4Ò2 òåòðàêîîðäèíèðîâàííîãî èîíà Co2 (ñì. âñòàâêó íà ðèñ. 2) [8]. Çàâèñèìîñòü ïðîïóñêàíèÿ Ñî:MAÑ îò ïëîòíîñòè ïîòîêà ýíåðãèè ïàäàþùèõ èìïóëüñîâ ïîêàçàíà íà ðèñ. 3. Âèäíî, ÷òî ñ ðîñòîì íàêà÷êè ïðîïóñêàíèå îáðàçöà âîçðàñòàåò îò íà÷àëüíîãî (58%) äî ïðåäåëüíîãî (≈ 95%) çíà÷åíèÿ â ïîëíîñòüþ ïðîñâåòëåííîì ñîñòîÿíèè, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò ñðàâíèòåëüíîìó ïîêàçàòåëþ êà÷åñòâà FOM = ln(0,58)/ln(0,95) = 10,6. Îñòàòî÷íîå ïîãëîùåíèå â ïîëíîñòüþ ïðîñâåòëåííîì ñîñòîÿíèè âûçâàíî, ãëàâíûì îáðàçîì, ïðèñóòñòâèåì íåêîòîðîãî êîëè÷åñòâà èîíîâ êîáàëüòà â ñòåêëÿííîé ìàòðèöå è, âîçìîæíî, â àëþìîòèòàíàòíîé êðèñòàëëè÷åñêîé ôàçå. Àíàëèç ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ ðèñ. 3 â ðàìêàõ ìîäåëè ìåäëåííî ðåëàêñèðóþùåãî íàñûùàþùåãîñÿ ïîãëîòèòåëÿ [11] ñâèäåòåëüñòâóåò î òîì, ÷òî êîýôôèöèåíò îñòàòî÷íîãî ïîãëîùåíèÿ Ñî:MAÑ â ïîëíîñòüþ ïðîñâåòëåííîì ñîñòîÿíèè íå ïðåâûøàåò 0,15 cì–1, à ïîïåðå÷íîå ñå÷åíèå ïîãëîùåíèÿ èç îñíîâíîãî ñîñòîÿíèÿ äëÿ èîíîâ Co2+ σ = 4,0×10–19 cì2. Ïîëó÷åííîå çíà÷åíèå σ ñîãëàñóåòñÿ ñî çíà÷åíèÿìè ýôôåêòèâíîãî ñå-
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 11, 2008
23
T, % 100
ýíåðãèþ ãåíåðèðóåìîãî èìïóëüñà èçëó÷åíèÿ ÒÑË äî 2,3 ìÄæ. Ýíåðãèÿ âûõîäíîãî èìïóëüñà ëàçåðà ñ öèëèíäðè÷åñêèì ÀÝ è ýëåêòðîîïòè÷åñêèì çàòâîðîì íå ïðåâûøàëà 1,7 ìÄæ.
80
60
0 4 8 12 W, Äæ/ñì2
Ðèñ. 3. Çàâèñèìîñòü ïðîïóñêàíèÿ Ò ñòåêëîêðèñòàëëè÷åñêîãî ìàòåðèàëà Ñî:MAÑ òîëùèíîé 3,4 ìì íà äëèíå âîëíû 1,54 ìêì îò ïëîòíîñòè ïîòîêà ýíåðãèè W ïàäàþùèõ èìïóëüñîâ èçëó÷åíèÿ äëèòåëüíîñòüþ 70 íñ. Òî÷êàìè îáîçíà÷åíû ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå, ñïëîøíîé êðèâîé – ðàñ÷åòíûå. Äàííûå ïî ïðîïóñêàíèþ ñêîððåêòèðîâàíû íà ïîòåðè èçëó÷åíèÿ âñëåäñòâèå åãî îòðàæåíèÿ îò ïîâåðõíîñòåé îáðàçöà.
÷åíèÿ ïîãëîùåíèÿ èç îñíîâíîãî ñîñòîÿíèÿ äëÿ òåòðàêîîðäèíèðîâàííûõ èîíîâ Ñî2+ â ìîíîêðèñòàëëå MgAl2O4 [(2,6–5,1)×10–19 cì2], êîòîðîå â ñëó÷àå ëèíåéíî-ïîëÿðèçîâàííîãî ñâåòà çàâèñèò îò íàïðàâëåíèÿ êîëåáàíèÿ ýëåêòðè÷åñêîãî âåêòîðà è íàïðàâëåíèÿ ðàñïðîñòðàíåíèÿ èçëó÷åíèÿ ïî îòíîøåíèþ ê êðèñòàëëîãðàôè÷åñêèì îñÿì ìîíîêðèñòàëëà [12]. Ñîãëàñíî [12] âåëè÷èíà FOM äëÿ Ñî2+:MgAl2O4 ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî 11. Òàêèì îáðàçîì, âåëè÷èíà ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ ïîãëîùåíèÿ äëÿ Co:MAÑ áîëåå ÷åì â 60 ðàç ïðåâûøàåò ïîïåðå÷íîå ñå÷åíèå óñèëåíèÿ äëÿ ýðáèåâîãî ñòåêëà (ïîðÿäêà 6,2×10–21 cì2). Îòíîñèòåëüíî âûñîêîå çíà÷åíèå σ â ñî÷åòàíèè ñ áîëüøèì âðåìåíåì ðåëàêñàöèè ïðîñâåòëåíèÿ (ïðèáëèçèòåëüíî 270 íñ) è äîñòàòî÷íî áîëüøèì FOM = 10,6 ñâèäåòåëüñòâóþò î òîì, ÷òî ñòåêëîêðèñòàëëè÷åñêèé ìàòåðèàë Ñî:MAÑ ÿâëÿåòñÿ ýôôåêòèâíûì ïàññèâíûì çàòâîðîì äëÿ ëàçåðà íà ýðáèåâîì ñòåêëå.
 ðåæèìå ìîäóëèðîâàííîé äîáðîòíîñòè çíà÷åíèå ýíåðãèè âûõîäíîãî èçëó÷åíèÿ ÒÑË ñ ïàññèâíûì çàòâîðîì äîñòèãàëî 1,3 ìÄæ ïðè äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà 19 íñ.  ñëó÷àå ëàçåðà ñ öèëèíäðè÷åñêèì ÀÝ ïðè ñðàâíèìûõ óðîâíÿõ íàêà÷êè è äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà ýíåðãèÿ ëàçåðíîãî ìîíîèìïóëüñà ïðè ïàññèâíîé ìîäóëÿöèè äîáðîòíîñòè íàõîäèëàñü íà óðîâíå 1,0 ìÄæ.
Ïðèìåíåíèå ýëåêòðîîïòè÷åñêîãî çàòâîðà íà îñíîâå íèîáàòà ëèòèÿ ïîçâîëèëî óâåëè÷èòü âûõîäíóþ
Çàêëþ÷åíèå
Ðàçðàáîòàí è èññëåäîâàí òâåðäîòåëüíûé ñëýáëàçåð íà ýðáèé-èòòåðáèåâîì ñòåêëå ñ ìîùíîé ïîïåðå÷íîé äèîäíîé íàêà÷êîé, èçëó÷àþùèé íà äëèíå âîëíû ïîðÿäêà 1,54 ìêì.  ðåæèìå ïàññèâíîé ìîäóëÿöèè äîáðîòíîñòè ïðè ïîìîùè çàòâîðà íà îñíîâå ìàòåðèàëà Ñî:ÌÀÑ äîñòèãíóòîå çíà÷åíèå ýíåðãèè âûõîäíîãî èçëó÷åíèÿ ñëýá-ëàçåðà ñîñòàâèëî 1,3 ìÄæ ïðè äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà 19 íñ. Èñïîëüçóÿ ðåæèì àêòèâíîé ìîäóëÿöèè äîáðîòíîñòè, çíà÷åíèå ýíåðãèè ëàçåðíîãî èìïóëüñà ÒÑË óäàëîñü ïîâûñèòü äî 2,3 ìÄæ. Äàëüíåéøåå ïîâûøåíèå âûõîäíîé ìîùíîñòè îãðàíè÷èâàëîñü, â îñíîâíîì, ìîùíîñòüþ èñïîëüçóåìûõ ëàçåðíûõ äèîäíûõ ëèíååê.
Êîýôôèöèåíò âíóòðåííèõ îïòè÷åñêèõ ïîòåðü äëÿ àêòèâíûõ ýëåìåíòîâ íà îñíîâå Er, Yb:ÁÑÔÑ ñîñòàâëÿåò 0,03–0,07 ñì-1.
Ðåçóëüòàòû ñðàâíèòåëüíîãî àíàëèçà õàðàêòåðèñòèê ÒÑË è ëàçåðà ñ öèëèíäðè÷åñêèì ÀÝ ñâèäåòåëüñòâóþò î òîì, ÷òî ïðè ñðàâíèìûõ óðîâíÿõ íàêà÷êè ïðèìåíåíèå àêòèâíûõ ýëåìåíòîâ ñî ñëýá-ãåîìåòðèåé ïîçâîëÿåò ïðèáëèçèòåëüíî â 1,5 ðàçà ïîâûñèòü ýíåðãèþ âûõîäíûõ èìïóëüñîâ ïðè ïðàêòè÷åñêè 100% ïîëÿðèçàöèè ãåíåðèðóåìîãî èçëó÷åíèÿ.
ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ
11. Øà÷êèí Ë.Â. Yb, Er-ëàçåð íà ôîñôàòíîì ñòåêëå ñ ïàññèâíîé ìîäóëÿöèåé äîáðîòíîñòè ðåçîíàòîðà // Êâàíò. ýëåêòðîí. 2006. Ò. 36. ¹ 2. Ñ. 106–110.
12. Song F., Wu Z.H., Liu S.J., Cai H., Tian J.G., Zhang G.Y., Denker B., Sverchkov S. Passive Q-switch microchip Er, Yb glass laser pumped by laser diode // Chin. Phys. Lett. 2006. V. 23. ¹ 5. P. 1195–1197.
13. Shi P., Li D., Zhang H., Wang Y., Du K. An 110 W Nd:YVO4 slab laser with high beam quality output // Opt. Commun. 2004. V. 229. P. 349–354.
14. Gong M., Li C., Liu Q., Chen G., Gong W., Yan P. 200-W corner-pumped Yb:YAG slab laser // Appl. Phys. B. 2004. V. 79. P. 265–267.
15. So S., Mackenzie J.I., Shepherd D.P., Clarkson W.A., Betterton J.G., Gorton E.K. A power scaling strategy for longitudinally diode-pumped Tm:YLF lasers // Appl. Phys. B. 2006. V. 86. P. 389–393.
16. Tanaka K., Mukai T., Ishihara T., Hirao K., Soga N., Sogo S., Ashida M., Kato R. Preparation and optical properties of
24 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 11, 2008
transparent glass-ceramics containing cobalt (II) ions // J. Am. Ceram. Soc. 1993. V. 76. P. 2839–2845.
17. Yumashev K.V., Denisov I.A., Posnov N.N., Prokoshin P.V., Mikhailov V.P. Nonlinear absorption properties of Co2+:MgAl2O4 crystal // Appl. Phys. B. 2000. V. 70. P. 179–184.
18. Malyarevich A.M., Denisov I.A., Yumashev K.V., Dymshits O.S., Zhilin A.A. Optical absorption and luminescence study of cobalt-doped magnesium aluminosilicate glass ceramics // JOSA B. 2002. V. 19. P. 1815–1821.
19. Ðÿáöåâ Ã.È., Áîãäàíîâè÷ Ì.Â., Åíæèåâñêèé À.È., Ïàðàùóê Â.Â., Áóðîâ Ë.È., Ùåìåëåâ Ì.À., Ðÿáöåâ À.Ã., Ìàøêî Â.Â., Òåïëÿøèí Ë.Ë., Êðàñêîâñêèé À.Ñ. Ïðîñòðàíñòâåííûå è ïîëÿðèçàöèîííûå ñâîéñòâà âûõîäíîãî ïó÷êà ýðáèé-èòòåðáèåâîãî ëàçåðà ñ ïîïåðå÷íîé äè-
îäíîé íàêà÷êîé // Îïòè÷åñêèé æóðíàë. 2006. Ò. 73. ¹ 5. Ñ. 1014.
10. Mashko V.V., Ryabtsev G.I., Bogdanovich M.V., Drakov A.S., Enzhyieuski A.I., Kostik O.E., Pozhidaev A.V., Ryabtsev A.G., Shemelev M.A., Teplyashin L.L. Diode-pumped solid-state lasers with controlled parameters for spectroscopic applications // Publ. Astron. Obs. Belgrade. 2007. ¹ 82. P. 149–156.
11. Kuo Y.K., Huang M.F., Birnbaum M. Tunable Cr4+:YSO Q-switched Cr:LiCAF laser // IEEE J. Quantum Electronics. 1995. V. 31. P. 657–663.
12. Volk Y.V., Malyarevich A.M., Yumashev K.V., Matrosov V.N., Matrosova T.A., Kupchenko M.I. Anisotropy of nonlinear absorption in Co2+:MgAl2O4 crystal // Appl. Phys. B. 2007. V. 88. P. 443–447.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 11, 2008
25