Лазер на основе вынужденного комбинационного рассеяния

 

Использование: спектроскопия, волоконная оптика, оптическая связь, фотодинамическая терапия, для разделения изотопов. Лазер включает оптический генератор накачки на ионах неодима, ВКР-преобразователь. После ВКР-преобразователя по ходу накачки установлен кристаллический оптический элемент из фторида лития с F^-₂ -центрами окраски. 1 ил. , 1 табл.

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано в спектроскопии, волоконной оптической связи, фотодинамической терапии, для разделения изотопов.

Известен лазер на основе кристаллического ВКР-преобразователя нитрата бария, Ba(NO₃)₂, накачиваемого сфокусированной второй гармоникой неодимового лазера на алюмоиттриевом гранате с длиной волны накачки 532 нм, затравочный стоксов пучок усиливается на кристалле нитрата бария, который устанавливается после ВКР-преобразователя по ходу [1] .

Известны также лазеры на основе ВКР в газах, например водороде или жидком азоте [2] . Получение высокой эффективности преобразования требует фокусировки пучков накачки и хотя при фокусировке не происходит разрушения ВКР-преобразователя, ВКР-лазеры на сжатых газах и криогенных жидкостях имеют сложное техническое устройство и большие габариты.

Кристаллические ВКР-лазеры и усилители на основе ВКР при малых интенсивностях накачки имеют очень низкую эффективность преобразования, а в сфокусированных пучках происходит их разрушение.

Прототипом является лазер на основе кристаллического ВКР-преобразователя Ba(NO₃)₂, накачиваемый первой гармоникой лазера на F₂^--центрах окраски [3] .

Недостаток его состоит в том, что для получения высокой эффективности преобразования энергии накачки в энергию ВКР преобразуются световые потоки возбуждения с плотностью мощности, достигающей порога разрушения вещества ВКР-преобразователя (несколько Гигаватт на 1 см²). Получение таких интенсивностей требует фокусировки пучков.

В реально достигаемых несфокусированных пучках неодимовых лазеров плотность мощности достигает нескольких десятков Мегаватт на см². При этом эффективность преобразования накачки в ВКР составляет менее одного процента.

Цель изобретения - повышение эффективности преобразования энергии накачки в энергию первой стоксовой частоты.

Поставленная цель достигается тем, что лазер, включающий оптический генератор накачки на ионах неодима, ВКР-преобразователь, дополнительно содержит кристаллический оптический элемент из фторида лития с F₂^- -центрами окраски.

Полоса усиления F₂^- -центров окраски в LiF занимает спектральную область 1,1-1,25 мкм, а полосы поглощения - область 0,85-1,15 мкм так, что все неодимовые лазеры (стекло, алюминат иттрия, алюмоиттриевый гранат) эффективно возбуждают F₂^- -центры окраски. Плотность мощности насыщения перехода F₂^- -центров составляет 50-60 мВт/см². В полосу усиления F₂^- -центров при возбуждении неодимовыми лазерами попадают первые стоксовы компоненты ряда ВКР-преобразователей, которые приведены в таблице.

Характерно, что возбуждение LiF и ВКР-преобразователя осуществляется излучением одной и той же длины волны.

В кристалле с центрами окраски происходит усиление практически спонтанного комбинационного рассеяния до величины возникновения эффективного ВКР.

На чертеже показана схема лазера на основе ВКР, где 1 - лазер на ионах неодима, 2 - ВКР-преобразователь, 3 - кристалл фторида лития с F₂^- -центрами окраски, 4 - измеритель энергии ИМО-2.

Лазер работает следующим образом. Накачка ВКР-преобразователя Ba(NO₃)₂ осуществляется неодимовым лазером 1 на алюмоиттриевом гранате с длиной волны излучения 1,064 мкм, энергией импульса 60 мДж и длительностью 10 нс. Активный элемент лазера накачки имеет размеры 6,3 х 90. Энергия излучения измеряется измерителем энергии ИМО-2.

Кристалл Ba(NO₃)₂ имеет размеры 1 х 1 х 7 см. После ВКР-преобразователя устанавливается кристалл LiF(F₂^-). Перед измерителем энергии можно установить интерференционное зеркало, отсекающее излучение с длиной волны 1,064 мкм и пропускающее излучение с длиной волны 1,197 мкм. Измеряется энергия импульса накачки и энергия импульса излучения ВКР без кристалла LiF и с ним. Отношение энергии импульса ВКР к энергии импульса накачки выражает эффективность преобразования: Эффективность преобразования без LiF 0,01 Эффективность преобразования с LiF 0,35.

Таким образом, эффективность ВКР увеличивается в 35 раз.

Формула изобретения

ЛАЗЕР НА ОСНОВЕ ВЫНУЖДЕННОГО КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ(ВКР), включающий оптический генератор накачки на ионах неодима, ВКР-преобразователь, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности преобразования энергии накачки в энергию первой стоксовой частоты, он дополнительно содержит кристаллический оптический элемент из фторида лития с F₂^- -центрами окраски, установленный после ВКР-преобразователя по ходу накачки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2