8.1.2. Рубиновый и Nd:YAG-лазеры

8.1.2.1. Рубиновый лазер

Рубин остается, несомненно, наиболее широкоиспользуемым материалом для твердотельных лазеров, применяемых в голографии, главным образом из-за большой энергии выходного излучения и его длины волны.

Стержень рубинового лазера изготовляется из искусственного сапфира в который вводится примесь в количестве Замена небольшого количества ионов на ионы приводит к окрашиванию вещества в ярко-розовый цвет. Действие лазера является результатом возбуждения ионов светом накачки. Рубиновый лазер излучает свет с длиной волны

Рубиновый стержень лазера, применяемого в голографии, обычно имеет диаметр и длину Оба торца стержня тщательно полируют, чтобы они были параллельны друг другу, и покрывают противоотражающим слоем. Модуляция добротности в лазере осуществляется либо ячейкой Керра, либо ячейкой Пок-кельса, либо насыщающимся поглотителем.

Главный элемент ячеек Поккельса и Керра — это вещество, которое под действием внешнего электрического поля становится дву-лучепреломляющим. Мы предполагаем, что двулучепреломляющий кристалл размещается между поляризатором и задним зеркалом, как показано на рис. 1. Модуляция добротности осуществляется следующим образом. Во время излучения импульса лампы-вспышки к электрооптической ячейке прикладывается импульс напряжения, который вызывает запаздывание на между и -составляющими падающего пучка. После прохождения через кристалл модулятора добротности этот падающий линейно-поляризованный свет

становится поляризованным по кругу. Излучение, будучи отраженным от зеркала, проходит через электрооптическую ячейку и испытывает еще одну задержку на становясь линейно-поляризованным, но уже под углом 90° к своему исходному направлению поляризации. Это излучение не пропускается поляризатором в резонатор лазера, и таким образом прерывается обратная связь.

Рис. 1. Блок-схема применяемого в голографии твердотельного лазера с усилителем.

К концу импульса излучения лампы-вспышки с электрооптической ячейки снимается напряжение, что позволяет системе поляризатор — электрооптическая ячейка пропустить пучок линейно-поляризованного света без потерь. В резонаторе лазера возникают колебания, которые после окончания импульса задержки модулятора добротности приводят к излучению из резонатора.

Модулятор добротности на красителе представляет собой жидкостную ячейку с насыщающим красителем, например крипто-цианином, растворенным в метаноле; эта ячейка помещается внутри оптического резонатора. Первоначально краситель поглощает флуоресценцию лазерного стержня, изолируя таким образом зеркала от остальной части резонатора. По мере того как интенсивность света возрастает, краситель неожиданно обесцвечивается и лазерное излучение может отражаться от обоих зеркал резонатора, что приводит к генерации лазерного излучения.

Пассивный модулятор добротности на красителе имеет следующие преимущества: стоимость его невелика, он прост в обращении, а выходной импульс излучается в узкой полосе частот. Однако существует и ряд недостатков, связанных с насыщаемостью модулятора добротности. Время между поджигом лампы-вспышки и излучением светового импульса с модулированной добротностью

связывают с разбросом, который обычно составляет Кроме того, модулятор добротности на красителе не позволяет получить двух импульсов света с модулированной добротностью.

Очень часто в голографических применениях требуется точная синхронизация между входным и выходным импульсами. Кроме того, для голографической интерферометрии необходима генерация двух импульсов света с модулированной добротностью. По этой причине в большинстве промышленных лазеров для голографии используется модулятор добротности на ячейке Поккельса.

Для применений, требующих большей энергии импульса с модулированной добротностью, чем получаемая от лазерного генератора, можно построить систему генератор — усилитель. В усилителях рубиновые стержни имеют диаметры см и длину до 20 см. В процессе усиления пространственная и временная когерентности излучения лазера по существу сохраняются. Рубиновые лазеры, применяемые в голографии, рассмотрены в работах [2—5, 8, 10, 11].

8.1.2.2. Nd:YAG-лазер

Алюмоиттриевый гранат с примесью неодима обладает сочетанием свойств, исключительно благоприятных для работы лазера. В частности, кубическая структура кристалла YAG особенно способствует сужению ширины линии флуоресценции, что приводит к высокому коэффициенту усиления и низкому порогу срабатывания лазера. Излучение лазера происходит на переходе с длиной волны

С точки зрения применений в голографии преимущества Nd : YAG сравнимы с рубином, а именно более эффективное действие и способность к высокой скорости повторения импульсов излучения сводятся на нет двумя главными недостатками: в режиме модулированной добротности Nd : YAG-лазер не способен генерировать такую большую энергию, как рубиновый лазер, и выходное излучение лазера является инфракрасным. Для того чтобы можно было применять Nd : YAG-лазер в голографии, длину волны его излучения следует уменьшить до с помощью генератора гармоник, помещаемого на выходе. В Nd : YAG-лазере удвоения частоты излучения можно достичь, используя температуро-управляемый кристалл арсенатодейтериевого цезия или некоторые другие нелинейные кристаллы. Обычно КПД такого преобразования составляет 20—40%.

Максимальная выходная энергия излучения Nd : YAG-лазера на наибольшей удвоенной частоте почти на два порядка ниже энергии излучения больших рубиновых лазеров, сравнимых по спектральным и пространственным параметрам излучения. С другой стороны, в рубиновом лазере максимальная скорость повторения импульсов ограничена величиной тогда как

Nd:YAG-лазер обеспечивает скорость повторения Более низкие выходные характеристики Nd:YAG-лазера в сочетании с тем, что он требует дополнительного генератора гармоник, делают Nd:YAG-лазер плохим конкурентом рубинового лазера в области голографии. Характеристики Nd:YAG-лазеров применительно к голографии рассмотрены в работах [1, 9].