Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Многоуровневые функциональные схемы кристаллических лазеров

..pdf
Скачиваний:
7
Добавлен:
13.11.2023
Размер:
23.74 Mб
Скачать

Таблица

5.1.

Реализованные прямые

каскадные

функциональные

лазерные схемы

Ьп3+-актнватороп и кристаллах

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лазерный

 

Каскадные межмультн-

Лазерный

 

 

 

Каскадные межмульти-

 

L U 3+ -I I O I I

 

плетные каналы СИ*

L n * + - n o n

 

 

 

плетные каналы СИ *

 

 

р г 3 +

*Po

 

 

 

 

5$

о

OF5

а / 4

5/ S

i / e -

5/

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nd3+

з л >

 

 

 

Er"+

5/ o - > 5/ 7 - * 5/ 8

 

 

 

 

4\

Ча!г

4 llU

 

 

- 4 / V

, - 44

 

 

 

Ноа+

 

 

 

 

 

 

5 6 'о

-> 5h - > 4 a

 

 

<

 

 

 

 

 

 

 

 

ь 5 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- » 5Jg

0fa

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s s 2 — 5/ o - > 5/ e

 

 

44

 

->ЧЧгыъЧ,^->Ч,Чг -

 

 

 

&s 2- * &h W->

- e/ 7

 

*

4

v

- y .

 

“ S o — > 3 / 5

5/ 0 —* bh

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5S O - O B/ 5 M ^ / C - ^ / 7 - ^ S / 8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т ти

4 / « / ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

»/■* —

“ Я в /w » 3Я

4 - » 3Я в

 

 

 

■* Волнистые стрелки укапывают бспыплучатслыгыс каналы.

осуществление потребовало решения многих задач, главными из которых яв­ ляются понимание сложных и многообразных одновременно протекающих про­ цессов в генерирующем кристалле н создание эффективного многоволнового резонатора. Существенным также является выбор концентрации Ьп3+-ионов,

ориентации кристалла и рабочей температуры, поскольку для раздельной гене­ рации на каждом канале оптимальные значения этих параметров могут суще­ ственно отличаться [12]. В этих опытах более привлекательна ламповая накачка, в то же время селективное лазерное возбуждение дает возможность использовать небольшие по размерам активные элементы.

Теперь остановимся на конкретных примерах каскадной генерации Ln3+ ионов в кристаллах, при этом, в первую очередь, внимание уделим пионерским работам по возбуждении СИ с перечисленными в табл. 5.1 схемами. Забегая впе­ ред, необходимо отметить, что в подавляющем большинстве этих поисковых ра­ бот лишь выявлялись возможности возбуждения СИ по той пли иной каскадной схеме или на том или ином новом межмультиплетыом канале Ьп3+-актпваторов с использованием каскадного принципа, т. е. решались задачи чисто принци­ пиального характера. Особенности каскадного метода получения генерации СИ кристаллов с Ьп3+-иопами требуют еще своего детального изучения. Вопросы энергетики каскадных кристаллических лазеров в последние годы также стали интересовать специалистов [13].

5.1.1.Каскадная генерация ионов Рг3+ u Nd3+

У ионов Рг3+ в различных кристаллах генерация СИ получена па 13 межмультиплетиьтх переходах (см. табл. 1.10 п рпс. 1.9), в том числе и на ИК-каналах —> 3Н Г„ 3Р4 [14, 15]. Учитывая принципиальные трудности создания необхо­

димой заселенности уровней

мультпплета

для возбуждения СИ обычный

методом ламповой накачки,

были выбраны

иттербневые фториды LiYbF* п

BaYb2F8. В этих анизотропных лазерных кристаллах ноны Yb3+играют особую роль — с одной стороны, они являются сенсибилизаторами (переходы 3Я4 -* lG4

ионов Рг3+ н 2/v« —>

ионов

Yb3+ находятся

практически в резонансе),

с другой — кроссрелаксаторамн

возбуждения с

уровня 3Р 0 генерирующего

активатора (мультнплет 1G,l ионов

Рг3+ лежит по шкале энергии посередине от­

носительно состояния о).

 

 

 

Pf,3+

 

Nd

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рг3+: 1 -

(LiYF4l

BaY2F8, ~110 К, Хс) [16]

 

 

 

 

2 -

(BaY„Fe ~

110 К, Хе)

[16]

 

 

 

 

 

 

Nd3+: 1 -

((BaF2 -

LaF3, 300 К,

Хе) [3]

 

 

 

м г

 

 

Обозначения те же, что и на рис. 1.9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В [16] генерация СИ с уровней состояния

 

 

 

 

1G4 ио н о в Р г3+ во

фторидах без ионов Yb3+ бы­

 

 

 

 

ла возбуждена с использованием прямых кас­

 

1

 

 

кадных лазерных схем (рис. 5.2). Исследования

 

4

/

свидетельствуют

о том,

что путем подбора ха­

 

1

п

рактеристик кристаллов и условий эксперимен­

I \

t

та ИК-каскадную генерацию, в том

числе ж

 

1

 

1

 

 

четырехмпкронную (16',1—> SF4), ионов

Рг3+ мож­

 

1

 

 

но возбуждать с ламповой накачкой и при 300 К.

f

&

 

 

 

 

Пяти- и шестимикронные интенсивные пере­

I

4,

 

 

ходы между мультнплетамн терма 4/

ионов Nd1-1"

t

 

V

в кристаллах,

особенно с иепротличенным фо­

f .

 

нонным спектром, давно привлекают внимание

%■

 

исследователей

как потенциальные

лазерные

 

 

1,

J L .

каналы [3, 7, 17, 18]. Теоретические оценки си­

*■

 

лы л и н и й

[3 , 7 ]

и прямые

измерения интенсив­

 

 

 

 

 

 

 

ности люминесценции [18,19]

указывают на то,

\

 

f e —

что по этим параметрам переходы i I J — > i I r не

 

уступают, а в некоторых

случаях и

превосхо­

 

 

 

 

 

 

 

 

дят известные

лазерные

каналы

4К/„ —• 4Ij'

 

 

 

 

ионов Nd3+.

 

 

 

 

 

 

Первые обнадеживающие результаты по каскадной пятимикронной генера­ ции ионов Nd3+ были получены с применением фторидного разупорядоченного кристалла (рис. 5.2) [3]. Проведенные измерения выявили и трудности, связан­ ные с нежелательным поглощением в канале 4/»/, — поскольку между мультиплетами 4 j приблизительно одинаковые энергетические зазоры. В этой связи представляет несомненный интерес постановки исследований каскадных лазерных схем *F»/t iIj -*■ 4j> с кристаллами с умеренной концентрацией ионов Nd3+ и содержащих в необходимых количествах ионы Сг3+, Но3+ и Ег3+. Сложные процессы сенсибилизации, которые протекают в кристаллах с таким составом коактиваторов, должны облегчить преодоление указанной выше труд­ ности [12, 20—23] и, вероятно, дать окончательный ответ о перспективности получения пятимикронной генерации в каналах 4 j -+■ ионов Nd3+

5.1.2.Каскадная генерация ионов Но3+

Энергетическое расположение мультиплетов ионов Но3+ в кристаллах (табл. 2.7) в максимальной мере способствовало тому, что они в настоящее вре­ мя являются самыми богатыми как по числу генерационных каналов (см. табл. 1.10, рис. 1.12), так и по числу реализованных прямых каскадных лазер­ ных схем (рис. 5.3). Условия для возбуждения каскадного СИ по этим прямым схемам для каждого кристалла будут свои. Оптимизации подлежат такие характеристики, как концентрация ионов Но3+, ориентация генерирую­ щего элемента и рабочая температура. Эти задачи несколько облегчаются в случае использования лазерной накачки [5, 6, 26], Помешать возбуждению каскадной генерации ионов Но3+ могут ап-конверсионные процессы, особенно в высококонцентрированных кристаллах, а также поглощение на волнах СИ с долгоживущих возбужденных состояний активатора.

Рис. 5.3. Прямые каскадные лазерные схемы ионов Но3+

в диэлектрических кристал­ лах

1 — (LiYF1?

300 К,

лаз.)

[5]

2

(LiYF4,

300 К,

лаз.)

[5]

3

(Gd3Ga50 ]2, —110 К,

Хе)

£

[23]

Gd3Ga50 12,

—110 К,

 

Хе) 14,

24]

 

5

(LiYbF4, 300 К, лаз.) [25]

( L 1 Y F 4 ,

300 К,

лаз.)

[6]

О

(YA103, — 110

К, Хе) [26]

7

-

(YA103, -

110

К, Хе) [16]

S

(YA10a.

300 К, Хе)

[16]

9

— (YA10з,

— НО К,

Хс)

 

 

[16]

 

 

 

Волнистыми стрелками показаны безызлучательные межмультиплет­ ные каналы релаксации. Остальные обозначения те же, что п на рнс. 1.8 и 1.9

.3+

ЕГ'

Рнс. 5.4. Прямые каскадные лазерные схемы ионов Ег3+ и Тш3+ в Д1гэлектрнческих кри­ сталлах

Ег3Н 1 — (CaF2 - YF3, 77 К

Хе) [1,2]

2 — (Y3A15012I LU3A1SOJO, —ПО К,

Хе) [28]

3 — (LiYF4, -1 1 6 К, Хе) [29]

4 (^3А150 12,

Lu3Alr,0]2, —ПО К, Хе) [28]

(YAl03, 300 К, Хе)

[ 20]

5

— (YA103) —110 К, Хо)

6

[4]

 

 

— (Y3A150 12,

но к ,

 

LUHAIBCV,

 

Хе) [4, 28]

К,

7 — (BaEr2F«,

-П О

 

Хе) [30]

 

 

Tm3+: 1 — (YAlOn : Сг3+,

[31]

 

-100 К,

Хе)

Обооначения те же, что и на рнс. 1.8 и 5.3

Тл3+

I

I

1

I

И-

4I I

I

3.1.3. Каскадная генерация попов Ег3+ и Тш3+

Ионы Ег3+ в диэлектрических кристаллах, так же как и ионы Но3+, имеют благо­ приятную для возбуждения каскадного СИ спектроскопическую ситуацию (рис. 5.4). Каскадный принцип генерации впервые, как уже отмечалось выше, был реализован с этими активаторными ионами [1,2]. У ионов Ег3+, по срав­ нению с Но3+, на одном и том же энергетическом зазоре (состояния 4&/, и bS2 имеют практически одинаковую энергию, см. табл. 2.7 и 2.8) находится на один мультиплет меньше (ср. рис. 5.3 и 5.4). Этот, в данном случае важный, факт •обусловливает больший квантовый выход люминесценции с каждого из при­ веденного на рис. 5.4 состояния ионов Ег3+ из-за меньшего шунтирующего влияния многофононных безызлучательных каналов.

Теперь коротко рассмотрим несколько результатов экспериментального изучения каскадного СИ, которые показывают некоторые особенности этого

режима

генерации

активированных

кристаллов,

в

частности

кристаллов

с

ионами

Ег3+.

Итак,

СИ на межштарковских переходах каналов

4*5v2->

Т

4/u/t и

4/и/,

*/»•/,

ионов Ег3+ во фториде LiYF4 [32]. Условия опыта:

110 К, СЕт ^ 2

ат.%, длина элемента ~40 мм,

источник возбуждения

СИ — Хе-лампа типа ИСП-250 (тВОзб ~

70 мкс), конфокальный резонатор на

основе зеркал

с

многослойным диэлектрическим

покрытием,

пропускаю­

щим на

волнах

каналов СИ около 0,5%. Кинетику и спектральный

состав

СИ в условиях каскадной и обычной генерации на этих двух каналах поясняет рис. 5.5. Видно, что в указанных условиях эксперимента (энергия накачки приблизительно в три раза превышала пороговую энергию возникно­

вения

генерации

во

втором

канале)

в каскадном режиме

в трехмпкроином

 

 

 

 

 

 

 

/

d

 

 

 

 

 

 

 

 

___

2

| ■■//4/1

 

 

200

 

400

£нхс

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

I

 

 

 

 

 

\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

m /f

 

 

1

1

1

1

 

—У— м т

и

 

 

 

 

 

 

 

-----/020J

 

 

 

 

/

 

 

т

/0200

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/0222

Т\П-----Я ~

---- ,--------L

1

1

1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\ rtl4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.rtfг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- r t t t

 

 

 

 

 

 

 

-----

 

rt/f

 

 

 

 

 

 

 

 

rt4 f

 

 

 

 

 

 

 

=

------r t f У

Рис. 5.5. Осциллограммы кинетики обычной

(я, 6) и каскадной (в)

генерации

кристалла

LiYF4 — Ег3+ при ~110 К на межштарковских переходах каналов

—>4/ Пд

и 41ц/ —*

—+ 4/ , а/ и схемы кристаллического расщепления мультлплетов

41 ц ^

п 4Iu/t

результа­

тами идентификации (требует уточнения) индуцированных переходов

 

 

Штриховыми кривыми показан импульс возбуждения. Энергия штарковских уровней дана в см-1, а перехо­ ди между н и м и приведены в А. Осциллограммы и лазерные переходы на схемах имеют связующую нумера­

цию. Интенсивность импульсов генерации показана в произвольном масштабе

Таблица 5.2. Параметры СИ кристаллов УАЮз —Ег3 |- в режиме обычной и каскадной генерации на мсжштарковских переходах каналов ~ ' 47»д 11 47ц/2 47и/. при ламповой накачке [9]

Канал СИ

Порог СИ, Дж

 

Канал СИ

ЯС И » мкм

Порог СИ. Дж

обычный

каскад­

 

обыч­

каскад­

 

 

 

 

 

ный

 

 

 

ный

ный

 

 

 

 

 

—н о к

 

 

 

 

300 к

 

 

1,6628

7,5

7,5

 

47ц/. — 4Аз/ 2

1,6628

16

16

2,7310

35 *

8

 

2,7305

28

16

2,7398

10

8

1

 

2,7955

53

100*

* Генерация нсустой чивая.

лазерном канале СИ происходит на другом, на более коротковолновом межштарковском переходе. Такие эффекты деформации спектра СИ наблюдаются практически у всех лазерных кристаллов с нонами Ег3+, которые генерируют по прямым каскадным схемам, особенно это относится к самонасыщающпмся каналам, в том числе и к 4/iy24/»д. В частности, у кристалла LiYF4—Ег3+

с отличающейся от предыдущего ориентацией лазерной осп оптической оси с несмотря на другой спектральный состав СИ капала 4/п/1 4/в/, также на­

блюдается эффект деформации спектра [29]. Отмеченную особенность также иллюстрирует табл. 5.2, в которую сведены данные по спектроскопии СИ кри­ сталла YA103—Ег3+, генерирующего по другой прямой каскадной схеме 4i5s/„ —»- 4/о/, W» 4/п/г *1п/г‘

У попов Тш3+ пока реализован один вариант прямой каскадной лазерной схемы (рис. 5.4). Авторы (33] для этих целей использовали кристалл YA103, коактивированный ионами-сенсибилизаторами Сг3+ для улучшения условий возбуждения СИ с уровней мультиплета 3/г4. Исследования [34, 35] свидетель­ ствуют о том, что в ближайшее время будет получена генерация ионов Т т 3+ й по другим прямым каскадным лазерным схемам.

5.2.Особенности каскадной генерации Ьп3+-ионов

вкристаллах (стационарное приближение)

После результатов экспериментального изучения импульсного (нестационар ного) каскадного СИ кристаллов с Ьн3+-активаторамп теперь рассмотрим ре* жим стационарной генерации на примере анализа наиболее общего случая двух последовательных межмультнплетных лазерных каналов, который иллю­ стрирует рис. 5.6. Анализ этой пятиуровневон схемы проведем с учетом штарковского расщепления мультиплетов, полагая, что их вырождение снято пол­ ностью и населенности уровней в каждом конкретном состоянии находятся в отношении, соответствующем тепловому равновесию. При типичном для Ьп3+-ионов в диэлектрических лазерных кристаллах штарковском расщеплении мультиплетов, равном 100—500 см-1 (см. табл. 2.2—2.10), тепловое равновесие устанавливается за время ~ 10-8ч- ^ 10-12 с за счет прямой безызлучательной

релаксации. С другой стороны, вероятность межмультиплетных каналов (мно­ гофононные безызлучательные процессы п люминесценция) на 4—8 порядков меньше вероятности прямых межштарковских безызлучательных переходов. Поэтому населенности состояний в целом под действием возбуждения будут иметь неравновесные значения, которые могут быть определены из решения системы кинетических уравнений. Эти уравнения с обозначением переходов и их вероятностей, принятым в [11, 35], и предположениями, что HVi-3)

4r

^ 4(i,2),

^ 3 1 =

0 и

W54> А 51,

будет

 

иметь

вид

[31,

36]

 

 

 

*k

$ \—

 

BUвозб-А^i -\- W21N2-f-

 

+

 

 

 

 

 

 

 

*

2

 

 

 

 

 

 

 

 

£ = 3 - г 5

*

6

 

 

 

 

yV2 =

-

(AS1 + W tl +

Va ) N2 +

{W32 +

 

+

^ 32) ^ 3 +

.S

ё

,

 

 

 

 

 

 

£ = 3 - r 5

*

 

N3 — V32^2 — (P.32 “Ь P34 “Ь Aj ~t~

+ Wn )N a + ( W „ + V„) Ni +

1

i

*

Рис. 5.6. Упрощенная пятпуровпевая каскадная лазерная схема Ьп3+-ионов в кристаллах

Канал возбуждения показан двойной стрел­ кой, а спонтанные переходы — обычными. Остальные обозначения те же, что и на рис. 5.1

+

S

A J

T N J

4

( 5 .1 )

 

5=4,5

^

 

 

=

V „ N , - (

V1S + A ,

+ W .,)N . +•

+

WMN S,

 

 

 

S s = BUmMN, - {W„ -

A s) ЛГ„

N „ =

2

N ,

 

 

 

 

5 = 1 4 - 5

s

 

 

Здесь A j и WJJ>— вероятности спонтан­ ных излучательных и безызлучательных переходов; Vjr — вероятность индуциро­ ванных переходов, в частности:

У23 = BnUnbiibz1, V3Z—BuUubnb f,

V3i = BiUjhbt1,

У43 = BjUibib^1,

где I и

II — индексы линий СИ каналов 4 3 и 3 — 2; Вт и Вц — коэффи­

циенты

Эйнштейна для вынужденных переходов; U\ и 1/ц — объемныег плот-

ности энергии генерации в первом и втором лазерных каналах; &г, и и bit ц — больцмановские факторы начальных и конечных штарковских уровней по от­ ношению к нижайшему в данном /-мультиплете и bj — сумма больцмановских

факторов уровней

данного

состояния;

В и в0эб — скорость накачки. Полагая

в (5.1) поочередно

XJ\и СГц равными нулю, получим еще две системы уравнений

для независимой

генерации

в каналах

4 — 3 и 3 — 2.

Решение кинетических уравнений в стационарном приближении [37] с пред­

положениями (более детально эта процедура

изложена в [31]), что

эффектив­

ность

накачки

 

 

 

 

>1 -

WUHWM + Л6) = 1

 

 

 

 

И

 

 

 

 

 

(А,

+ W32), 3 + W32),

В и аозб < W21,

WH,

 

 

привело к выражениям для мощности генерации

(т. е. энергии,

излучаемой

в объеме генерирующего элемента Уг.и в единицу

времени) в каждом канале

при независимом и каскадном СИ. Для лазерного излучения только в канале

4

3

136]

 

 

 

 

Р г =

^°^r.a^vI

—T(*l

(BUвозб в и л ).

(Г>2)

 

l + ktf + B u ^ a + k j T *

Здесь

в и а1 = r;V[6r — у (1 + М г) — Ц

— пороговая скорость возбуждения СИ в первом канале,

g _ iVoXjbj^j i

14я2сЬ4Д^юм PI

отношение предельного коэффициента к полным потерям pi. В (5.2) также

/Cl = b'ibnlbib3 — параметр, характеризующий относительные населенности участвующих в генерации штарковских уровней J a и / 4 мультиплетов; р —

=

+

А лг) Тз и у =

{Л ла +

W i3 ) т3; Т3 = (А 3 + 'W32)~x и т4 = а +

Wi3 Y l .

Аналогичное выражение для мощности генерации только во втором

лазер­

ном

канале 3 -*■ 2

 

 

 

 

Рц =

N0Vr^a [ l - b j \ ( i + y-')]

BUпн),

(5.3)

 

1 +

 

(BUи о з б

 

 

 

 

 

 

 

где

 

 

 

 

 

 

 

BUnli = tf/cc (6?i -

у-1 -

1),

 

 

бц =

 

 

и а = (Ai3 + JF43) T4.

 

 

 

4я*с/^”юм PJI

 

 

 

И, наконец, выражения для мощности

каскадной генерации в каналах 4

3 —*• 2

будут

следующими:

 

 

 

Pi =

W0FP.

(BUaoзб - Л ^ г),

 

(5.4)

 

=

A*0Fг.э^иф (BUвозб -

BUln),

 

(5.5)

где

 

 

 

 

 

 

 

BUli

= (1 +

A:i6i6ii)/6icpT4,

 

 

 

BUlu = [1 + Р (бпб! 1 + &1)]/бпсрт3

И

Ф = 1 — бг1 — би (1 + к\).

В (5.2)—(5.5) с — скорость света, v — частота, К — длина волны, h — постоян­ ная Планка и ДтЛюм — ширина линии люминесценции.

Решение (5.4) и (5.5) имеет физический смысл лишь в области положитель­ ных значений Pi и Ри, поэтому пороговой скоростью возбуждения каскадной

генерации СИ будет наибольшая из величин BUh и BUlu.

В анализируемой пятиуровневой системе с двумя метастабильными состоя­ ниями / 3 и / 4, и незаселенным мультнплетом / 2 ПРН различных соотношениях

между вероятностями переходов и коэффициентами потерь pi и рп возможны следующие варианты возбуждения каскадной генерации в первом и втором каналах:

В Uni = В Uni, BUnг < З и пц и BUnl > BUBll.

Из них в прикладном аспекте наиболее привлекательным является второй, поэтому рассмотрим некоторые его особенности. Анализ (5.2)—(5.5) показы­ вает, что для этого варианта справедливо неравенство:

BUni < Bull < BUlu < BUпц-

Таким образом, BUln является пороговой скоростью возбуждения каскадной генерации, и в интервале значений скорости накачки от BUuj до BLTlu СП будет возбуждаться только в канале 4 3 , При BUBOia^> BUln возникает

Рис. 5.7. Зависимости приведенной мощности генерации в каналах 4 —» 3 п 3 —►2 от В £7ВОЗб (в единицах

PI,I1/N0VT.JIVI, JJ) в

каскадном

и обычном режимах

 

1 P ilN a V r J ivIt

2 —

i 3I I /iY0Vr .jnvI1,

3 — i y J V o V r . a l i V ! ,

4 — P n / N o V r . a h v i j :

Остальные обозначения

и пояснения

в тексте

 

 

каскадная генерация, поведение энергетических характеристик которой кар­ динально отличается от аналогичных параметров независимого СИ в первом и втором каналах. Мощность генерации в канале 4 —*• 3 удобнее представить в виде

Pi = Pi + N 0VT,э/^ 1ф (BUBOa6 - BUknU),

(5.6)

где P\ — начальная мощность генерации СИ в канале 4

3 при BUBоаб =

= В U*а-, когда в системе возбуждается каскадное СИ по схеме 4-»-3 —*-2. Формулы (5.4) и (5.6) показывают, что мощность каскадной генерации будет расти линейно для обоих взаимосвязанных последовательных лазерных кана­ лов. Это иллюстрируется зависимостями, показанными на рис. 5.7, которые рассчитаны при бх = 100, бц = 10, &i = 0,2 и И43 WiZ = А 3 W32 = = А41 + А42 = 103 с-1, т. е. при у = Р = 1* Для сравнения на рис. 5.7

штриховыми кривыми показаны зависимости Pi/N^Vr.okvi {BUB03o) и РцВ№$Vr.3hvjx (BUaoa6) при генерации только в первом или втором канале. Отсутствие эффекта насыщения мощности генерации в каскадном режиме яв­

ляется следствием того, что при ^42I + WS1 ^ тХ1, T31, BUB0аб с ростом скоро­

сти накачки практически не изменяются N 2 и N 3, а также N4. Приведенные за­ висимости демонстрируют, что переход к каскадному режиму генерации сопро­ вождается увеличением эффективности СИ в обоих каналах, которая при 6j, бц 1 близка к эффективности генерации по четырехуровневой схеме с неза­

селенным конечным лазерным уровнем [11, 37]. Здесь также необходимо отме­

тить, что для рассматриваемого случая BUaii BUaii, т. е. наличие гене­ рации в первом канале приводит и к уменьшению порога возбуждения СИ во втором канале за счет увеличения эффективности заселения / 3-мульти-

плета.

Эффективность независимой генерации в первом канале (5.2) существенно зависит от резонансных потерь на %х. Предельное значение параметра kjу, определяющего резонансные потери, задается соотношением

(^lY)max ~

1 —

— убг •

 

 

 

 

 

Для

случая,

который

иллюстрирует

рис. 5.7, величина

(/ciy)max — 0,98.

На

рис. 5.8

представлены

зависимости

Pi,iifN0Vr.ahvxtxi

{BUB0Эб) и

Pi, nlNaVr.-Jivi, п (BUU03<i)

для

/гх = 0,8.

Для

зависимостей

рис.

5.7 значе­

ние ki = 0,2.

Таким

образом,

чем больше параметр кху, тем ниже эффектив­

ен

./

ErIV m 3+

з+

 

4 Ег'

 

s*/i

 

4г .

 

%

 

V

3f

*/ .

4

 

 

Рис. 5.9. Кросскаскадные лазерные схемы

пары ионов Ег3*4*+

Но3+ в диэлектрических

кристаллах

77 К, Хе) [1]

1

— (CaF2 — ErF3,

2

— (CaFj — ErF3,

SrF2 — ErF3, —110 К,

Xe) [27J

Волнистыми стрелками показаны каналы безывлучательной передачи энергии электронного возбуждения. Остальные обозначения те же, что и па рис. 1.9

V

* 4

-

%

iI

 

 

I

 

 

I

 

 

I

V v 4

Рис. 5.10. Кросскаскадные лазерные схемы

пары

ионов

Er3* +

Tm3+

в

диэлектриче­

ских

кристаллах

77 К,

Хе)

[1]

1

(CaF2 -

ErF3,

2

— (Y3A150 12, LU3A150 12,

Ег3А150 12,

 

-Н О К, Хе) [4, 38]

 

 

Обозначения те жеу что и на рис. 1.9 и 5.9

Таблица 5.3. Реализованные кросскаскадные функциональные лазерные схемы Ьп3+-активаторов в кристаллах

Ьа*+-ионы

 

Мсжмультиплетные каналы СИ *

Ег»++ Но3+

*5>/fj — 4/»д

(Ет3+) №■ ®/7’-> Ч в (Но3+)

 

ч и и* ч и/г (Ег3+) т ч 7ч 8 (Но3+)

Er*++Tm 3*

*StJ] -

*/«/’ (Ег34-) м* 3Я4 -

3Я , (Т т3+)

 

«/„,* — *la)t е»+) М* 3Я4 -

3Я . (Т тэ+)

Тт*++Но8+

з

3Нъ (Т т3+) 5/ 7 - » Чв (Но8+)

Ег»<-+Тдп3+ + Но

4/ _

*I„U (Ег8+) AV* Tm3f №■ Ч 7 -* Чв (Но3+)

* Волнистыми стрелками

о б о з н а ч е н ы

безызлучательные каналы передачи энергии

электронного возбуждения.

Соседние файлы в папке книги