Способ контроля качества активной лазерной среды

 

Использование: изобретение относится к исследованию активных лазерных сред на основе кристаллов с центрами окраски. Сущность изобретения: сначала измеряют концентрацию исходных центров окраски, затем воздействуют световым излучением на образец до выхода в насыщение процессов фотоионизации, после чего измеряют изменение концентрации исходных центров окраски и концентрацию наведенных центров окраски. Качество активной среды оценивают по балансу между концентрацией наведенных центров окраски и изменением концентрации исходных центров окраски. 3 ил.

Изобретение относится к квантовой электронике, к исследованию активных лазерных сред на основе кристаллов с центрами окраски.

Известен способ контроля качества активной лазерной среды с центрами окраски, заключающийся в том, что для определения качества активной лазерной среды ее помещают в резонатор лазера и следят за мощностью его генерации [1].

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ контроля качества активной лазерной среды с центрами окраски, заключающийся в том, что на активную среду воздействуют световым излучением, соответствующим спектральной области поглощения исходных центров окраски, после чего оценивают качество активной лазерной среды по генерационным характеристикам [2].

В известном способе качество активной среды оценивают по долговременности генерации лазера на ее основе и по КПД генерации данного лазера.

Недостатком данного способа является сложность и длительность процесса контроля качества активной лазерной среды, а также его чувствительность к характеристикам резонатора лазера.

В предлагаемом способе до воздействия световым излучением измеряют концентрацию исходных центров окраски, затем воздействуют световым излучением до состояния выхода в насыщение процессов фотоионизации, после чего измеряют изменение концентрации исходных центров окраски и концентрацию наведенных центров окраски, а качество активной лазерной среды оценивают по балансу между концентрацией наведенных центров окраски и изменением концентрации исходных центров окраски.

Предлагаемый способ контроля качества активной лазерной среды с центрами окраски может применяться для контроля качества активных элементов лазера, работающего на ионизованных центрах окраски, образующихся в результате предварительной фотоионизации исходных нейтральных центров окраски.

Предлагаемый способ отличается от известных тем, что не требует: во-первых знания предыстории кристалла, во-вторых, не требует хорошего качества полировки рабочих поверхностей активного элемента, в-третьих, отсутствует необходимость в создании для проверки оптического резонатора, его контроля и оптимизации.

Вследствие этого предлагаемый способ является менее длительным и более простым.

На фиг. 1 изображена схема установки для контроля качества активной лазерной среды с центрами окраски; на фиг. 2 - спектр поглощения образца (1) до (а), после 250 с (б) и после 7500 с (в) лазерного воздействия второй гармоникой неодимового лазера, λ = 532 нм (d_LiF = 1 мм; Р₅₃₂ = 420 мВт; f = 12,5 Гц; Θ_и = 20 нс). На фиг. 3 - спектр поглощения образца (2) до (а) и после 540 мин (9 ч) (б) воздействия второй гармоникой неодимового лазера, λ = 532 нм (d_LiF = 1 мм; Р₅₃₂ = 470 мВт; f = 12,5 Гц; Θ_и = 20 нс).

Установка содержит источник 1 светового излучения с длиной волны, лежащей в спектральной области поглощения исходных центров окраски, для осуществления процессов фотопревращений источник 2 светового излучения либо с длиной волны, лежащей в спектральной области исходных, либо наведенных центров окраски, для измерения кинетик разрушения или накопления центров окраски, оценивая тем самым изменения концентраций, линзу 3 для фокусировки ионизирующего излучения для повышения его плотности мощности, линзу 4 для фокусировки зондирующего излучения в диаметр, гораздо меньший чем диаметр ионизирующего излучения для измерения пропускания в активном канале кристалла, светоделительные пластины 5 и 6 для отклонения зондирующего излучения до и после исследуемого образца, исследуемый образец 7, фотоприемники 8 и 9, стробинтегратор 10, самописец 11.

Способ осуществляют следующим образом.

Берут исследуемый образец 7 и измеряют концентрацию исходных центров окраски (например по измерению пропускания зондирующего излучения в спектральной области их поглощения).

Воздействуют световым излучением, например для кристалла LiF с центрами окраски излучением лазера с длиной волны 532 нм - 1, попадающим в спектральную область исходных центров окраски до выхода в насыщение процессов фотоионизации.

Измеряют изменение концентрации исходных центров окраски и концентрации наведенных центров окраски (например по измерению изменения пропускания в активной области образца на длинах волн, попадающих в спектральную область поглощения исходных и наведенных центров окраски) с помощью фотоприемников 8 и 9, стробинтегратора 10 и самописца 11, путем записи кинетик разрушения и накопления центров окраски соответственно.

Сравнивают изменение концентрации исходных центров окраски и концентрацию наведенных центров окраски. Критерием хорошего качества активной лазерной среды является наличие баланса в изменении указанных концентраций.

П р и м е р 1. Брался образец 1 из кристалла LiF с центрами окраски, спектр поглощения которого приведен на фиг. 2, кривая а. Образец подвергался воздействию сфокусированного излучения второй гармоники одномодового ИАГ: Nd³⁺ лазера с длиной волны λ = 532 нм, попадающей в область перекрытия спектров поглощения исходных нейтральных и ионизованных центров окраски.

Спектры оптического поглощения образца, записанные после 250 с и после 7500 с светового воздействия, приведены на фиг. 2 (кривые (б) и (в) соответственно). Из спектров поглощения фиг. 2 видно, что в этом случае отсутствует баланс между концентрациями ионизованных и разрушившихся центров окраски. Как показали генерационные испытания, ресурс работы лазера, где в качестве активного элемента использовался образец 1, очень мал и составляет около 15 мин устойчивой генерации, после чего мощность генерации уменьшается и за 2 ч падает почти в 4 раза по сравнению с максимальным уровнем мощности.

П р и м е р 2. В образце 2, выполненном из кристалла LiF, наводились центры окраски облучением ионизирующей радиацией. Затем образец подвергался воздействию сфокусированного излучения второй гармоники одномодового ИАГ: Nd³⁺ лазера с длиной волны λ = 532 нм, попадающей в область перекрытия спектров поглощения исходных нейтральных F₂ и ионизованных F₂⁺ центров окраски.

Спектры оптического поглощения образца записывались на спектрофотометре СФ-8 до и после 540 мин светового воздействия (фиг. 3 кривые (а) и (б) соответственно). Из спектров поглощения фиг. 3 видно, что для образца 2 имеет место адекватное увеличение концентрации ионизованных центров и разрушившихся в процессе ионизации исходных нейтральных F₂ центров окраски. Как показали генерационные испытания, ресурс работы лазера, где в качестве активного элемента использовался образец 2, очень велик и достигает максимальных времен, больших чем время полураспада термоустойчивых центров окраски (по нашим оценкам около 12 ч), что, по-видимому, объясняется продолжением образования ионизованных центров в процессе работы лазера, на временах, когда наступает их терморазрушение.

Время работы активного элемента на основе образца 2 составило 9 ч непрерывной генерации, причем около 5 ч лазер работал без понижения мощности генерации, после чего за 4 следующих часа генерация упала всего на 20% от уровня, соответствующего максимальной мощности генерации.

Формула изобретения

СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА АКТИВНОЙ ЛАЗЕРНОЙ СРЕДЫ с центрами окраски, заключающийся в том, что на активную среду воздействуют световым излучением, соответствующим спектральной области поглощения исходных центров окраски, после чего оценивают качество активной лазерной среды, отличающийся тем, что до воздействия световым излучением измеряют концентрацию исходных центров окраски, а световым излучением воздействуют до достижения состояния выхода в насыщение процессов фотоионизации, после чего измеряют изменение концентрации исходных центров окраски, а качество активной среды оценивают по балансу между концентрацией наведенных центров окраски и изменением концентрации исходных центров окраски.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3