Броненосец

Твердотельные лазеры с легированным диэлектриком по существу всегда имеют оптическую накачку, и источником накачки обычно является либо лазерный диод, либо газоразрядная лампа какого-либо типа; в редких случаях используются вольфрамово-галогенные лампы, которые не являются газоразрядными лампами, а скорее похожи на обычные лампы накаливания. Обращайтесь, если вам нужна лампа накачки для вашего лазерного оборудования.

Газоразрядные лампы, используемые для лазерной накачки, делятся на две категории: дуговые лампы и лампы-вспышки. Дуговые лампы оптимизированы для работы в непрерывном режиме, в то время как лампы-вспышки (лампы-вспышки) создают импульсы накачки для лазеров с независимой работой или для лазеров с модуляцией добротности. Обратите внимание, что термин импульсная лампа иногда ошибочно используется вместо дуговых ламп, и дуговые лампы не обязательно основаны на дуговом разряде, но, возможно, используют тлеющий разряд.

Оба типа ламп по существу состоят из стеклянной трубки, заполненной некоторым количеством газа (например, криптоном или ксеноном при давлении в несколько атмосфер) и имеющей металлические электроды на каждом конце.

Лампы-вспышки часто получают электрическую энергию от конденсатора. Энергия передается через некоторые электронные компоненты (сеть формирования импульсов), которые влияют на длительность импульса накачки.

Для накачки твердотельных лазеров обычно используются линейные лампы с расстоянием между электродами от 5 до 15 см. (Лампы с короткой дугой с гораздо меньшим расстоянием между электродами, обычно менее 1 мм, иногда также с угольными электродами, используются для других целей.) Форма электродов лампы зависит от режима работы: лампы-вспышки имеют закругленные катоды, тогда как заостренные катоды лучше подходят для дуговых ламп, которые работают с гораздо меньшими токами. Приложенная плотность тока также может иметь существенное влияние на генерируемый оптический спектр; дуговые лампы непрерывного действия часто имеют ярко выраженный линейчатый спектр, тогда как лампы-вспышки, переходящие в дуговый режим, имеют более плавную форму спектра.

Лазерный кристалл лазера с ламповой накачкой обычно представляет собой относительно длинный стержень с боковой накачкой, адаптированный к длине лампы. Во многих случаях лазерный стержень и лампа помещаются в эллиптическую камеру накачки с отражающими стенками, так что больший процент генерируемого света накачки может поглощаться лазерным стержнем. Избыточное тепло удаляется охлаждающей водой, и можно использовать дополнительный стеклянный фильтр для защиты лазерного стержня от ультрафиолетового света, излучаемого лампой.

Другой тип твердотельного лазера, который подходит для ламповой накачки, — это пластинчатый лазер с торцевой накачкой. Здесь массив ламп пропускает плиту через ее большую поверхность, возможно, с обеих сторон. Свет насоса может быть впрыснут через слой охлаждающей воды.

В любом случае низкая яркость (точнее, слабая яркость) ламп ограничивает выбор геометрии. Например, торцевая накачка требует более высокой яркости и поэтому возможна только с лазерными диодами (или иногда другими типами лазеров).

Gain Media для лазеров с ламповой накачкой
насосная камера
Рисунок 3: Насосная камера для усилителей со стеклянным стержнем из неодима. Источник: ЭКСПЛА.
Что касается усиливающей среды, то наиболее распространенным типом лазеров с ламповой накачкой является Nd: YAG-лазер. В этом случае в основном используются лампы с криптоновым наполнением, поскольку криптоновая эмиссия сильна в области между 750 и 900 нм, где Nd: YAG имеет сильные линии поглощения. Также подходят другие усиливающие среды, легированные неодимом, такие как Nd: YLF и Nd: YVO4. Они имеют относительно широкие полосы поглощения и представляют собой четырехуровневые лазерные среды, поэтому их можно использовать с умеренными интенсивностями накачки и использовать значительную часть спектра лампы. Менее распространенные лазеры с ламповой накачкой основаны на александрите (с ксеноновыми лампами), Ti: сапфир, Cr: LiSAF или лазерных красителях.

Обычно для лазеров с ламповой накачкой требуются относительно большие лазерные кристаллы. Это затрудняет применение определенных типов кристаллов, которые сложно выращивать с высоким качеством в больших размерах. Подойдут керамические усиливающие среды, которые могут быть очень большими.

Преимущества и ограничения накачки ламп
Первый лазер, рубиновый лазер, построенный Майманом, накачивался лампой-вспышкой, и, хотя лазеры с диодной накачкой стали очень распространенными из-за ряда преимуществ, лазеры с ламповой накачкой будут по-прежнему использоваться для много времени. Их основные преимущества:

Могут быть созданы очень высокие мощности накачки (особенно пиковые мощности), а также возможны очень высокие энергии импульса (например, сотни джоулей).
Цена за ватт генерируемой мощности накачки у ламп намного ниже, чем у лазерных диодов.
Лампы довольно прочные, например невосприимчив к скачкам напряжения или тока.