Лазерный мир

Е.Гулевич, Н.Кондратюк, А.Протасеня // Фотоника. Выпуск #3/2007, с: 30-33

Перестраиваемые лазеры, являясь основной частью многих современных оптоэлектронных приборов, позволяют на качественно новом уровне решать задачи спектроскопии, нелинейной оптики, фотохимии, биологии, медицины и другие.
Введение

Для решения задач науки и техники в новых областях требуются лазерные источники, генерирующие излучение, перестраиваемое в определенных спектральных диапазонах.

Такими областями являются:

• лазерная спектроскопия и фотохимия, методы которых основаны на селективном взаимодействии лазерного излучения с веществом;
• дистанционное обнаружение веществ, включая лазерное зондирование атмосферы для определения ее состава, загрязняющих примесей и измерения их концентрации;
• лазерная фотобиология и медицина, где перестраиваемые лазеры используются для изучения биообъектов и биопроцессов, фотодинамической терапии и диагностики раковых заболеваний и т.д.

Новые методики требуют новых лазеров. Наряду с этим уже известные методики и приборы постоянно совершенствуются и, как правило, требуют все более мощных, совершенных и надежных лазерных источников. Вот почему разработка перестраиваемых лазерных источников с высокими эксплуатационными характеристиками остается одной из актуальных задач. В статье дан обзор основных подходов к созданию источников, работающих в УФ-, видимом, ближнем и среднем ИК-диапазонах, а также приведены примеры некоторых удачных коммерческих разработок, выполненных в последние годы в компании «СОЛАР ЛС».
Среди источников перестраиваемого лазерного излучения основными до недавнего времени были лазеры на красителях и на активированных кристаллах (Al2O3:Ti3+, александрит, форстерит, YAG:Cr4+). Диапазон рабочих длин волн этих лазеров составлял 550–1500 нм, тогда как каждая активная среда была способна генерировать в спектральной области шириной 20–300 нм.

Сегодня разработчики и пользователи все большее внимание уделяют источникам излучения на основе параметрических генераторов света (ПГС). В ПГС удачно сочетаются широкий диапазон непрерывной перестройки и высокий КПД преобразования излучения накачки. Прогресс в области получения нелинейных кристаллов для ПГС и изготовления диэлектрических покрытий позволяет создавать надежные и простые в эксплуатации лазерные источники, перекрывающие спектральный диапазон 200–20000 нм. Этот тип источников перестраиваемого лазерного излучения и будет рассмотрен ниже. Параметрические генераторы света видимого и ближнего ИК-диапазона

Сегодня наиболее распространены ПГС на кристаллах ВВО с накачкой 2-й и 3-й гармониками Nd:YAG-лазеров. Их и предлагают своим потребителям большинство производителей лазерной техники.

В настоящее время ПГС на кристаллах КТР и КТА с накачкой излучением Nd-лазеров позволяют получать перестраиваемое излучение в ближнем ИК-диапазоне 1,5–4 мкм.
Основными трудностями получения высокоэффективной генерации в этой области спектра являются невысокий коэффициент параметрического усиления в нелинейных кристаллах, их краевое поглощение в ИК-области, а также наличие сильных полос поглощения паров воды в атмосфере.
Для надежной работы лазерной системы необходимо, чтобы длина волны генерации попадала в окна прозрачности атмосферы (рис.3). В ПГС, накачиваемых излучением 1064 нм, длины волн излучения сигнальной (λs) и холостой (λi) волн связаны между собой соотношением 1/λi + 1/λs = 1/1,0642 [мкм]. С учетом этого можно выделить следующие спектральные диапазоны, для которых можно создать надежно работающие ПГС в окнах прозрачности атмосферы: 1,45–1,67; 1,98–2,3 и 2,93–4,10 мкм.

Для надежной работы лазерной системы нужно учитывать свойства нелинейных кристаллов и наличие их собственного краевого поглощения в ИК-области.

Полное содержание статьи: http://www.photonics.su/files/article_pdf/2/article_2698_296.pdf