6.2. Твердотельные лазеры

Твердотельными называются, как правило, лазеры, активной средой которых является либо диэлектрический кристалл, либо стекло. Полупроводниковые лазеры мы рассмотрим отдельно, поскольку они имеют совсем другие механизмы накачки и генерации. В твердотельных лазерах активными центрами являются, как правило, примесные ионы, введенные в кристалл. Обычно такой ион принадлежит одной из групп переходных элементов Периодической системы элементов Менделеева (например, ионы переходных металлов, особенно или ионы редкоземельных элементов, главным образом или ). Используемые для генерации переходы включают электронные уровни незаполненных

внутренних оболочек. Поэтому такие переходы слабо подвержены влиянию кристаллического поля. Кроме того, эти переходы запрещены в приближении электродипольного взаимодействия. Поэтому время спонтанной релаксации попадает в миллисекундный, а не в наносекундный диапазон, как в случае электродипольно разрешенных переходов. Обе указанные выше особенности приводят к следующим важным последствиям для лазерной генерации. Во-первых, безызлучательные каналы релаксации довольно слабы. Следовательно, время жизни верхнего уровня примерно равно спонтанному времени жизни, т. е. оно попадает в миллисекундный диапазон. Поскольку для трехуровневого лазера (такого, как рубин с ионами или ионы на переходе мкм) критическая скорость накачки равна величина оказывается достаточно малой, чтобы обеспечить лазерную генерацию. Во-вторых, ширина линии перехода относительно невелика, поскольку механизмы уширения относительно неэффективны (см. рис. 2.9). Для четырехуровневого лазера (такого, как на ионах или пороговая скорость накачки пропорциональна спонт Согласно (2.116) и (2.80), имеем а небольшая ширина лазерной линии опять же подразумевает низкие значения пороговой скорости накачки.