6.2.2.2. Стекло с неодимом

Как мы уже отмечали, основные переходы иона — это переходы, совершаемые тремя электронами, принадлежащими оболочке Эти электроны экранируются восемью внешними -электронами, Соответственно уровни энергии в стекле с неодимом в основном располагаются так же, как и в кристалле Поэтому и наиболее интенсивный лазерный переход имеет длину волны мкм, Однако в стекле из-за неоднородного уширения, обусловленного локальными неоднородностями кристаллического поля стеклянной матрицы, линии лазерных переходов намного шире. В частности, основной лазерный переход с мкм примерно в 30 раз шире, поэтому максимальное сечение перехода приблизительно в 30 раз меньше, чем в кристалле Разумеется, более широкая линия благоприятна для работы в режиме синхронизации мод, в то время как меньшее сечение необходимо для импульсных высокоэнергетических систем, поскольку «пороговая» инверсия для паразитного процесса УСИ (усиление спонтанного излучения) [см. (2.153)] соответственно увеличивается. Таким образом, по сравнению с Nd:YAG в стекле с неодимом до включения УСИ может быть запасено в единичном объеме больше энергии. Наконец, поскольку полосы поглощения в стекле с неодимом также много шире, чем в кристалле Nd : YAG, а концентрации ионов обычно вдвое больше, эффективность накачки стержня из стекла с неодимом приблизительно в 1,6 раза больше, чем в стержне из Nd : YAG тех же размеров (см. табл. 3.1). Однако наравне с этими преимуществами стекла с неодимом по сравнению с кристаллом Nd:YAG стекло обладает весьма серьезным ограничением, связанным с его низкой теплопроводностью, которая приблизительно в десять раз меньше, чем в Это существенно ограничивает применения лазеров на стекле с неодимом импульсными системами при небольшой частоте повторения импульсов Гц), чтобы избежать проблем, связанных с нагревом стержня.

С точки зрения конструктивных особенностей, т. е. имея в виду схемы накачки и размеры стержня, наиболее часто используемые лазеры на стекле с неодимом существенно не

отличаются от лазеров на основе Nd : YAG. Однако, как мы увидим ниже, для приложений, которые требуют высокой энергии, активный элемент из стекла можно сделать много больших размеров, чем из Nd : YAG. Благодаря значительно более низкой температуре плавления и некристаллической структуре стекло можно вырастить намного легче, чем YAG. Лазеры на стекле имеют следующие характеристики: 1) выходная энергия и пиковая мощность лазера в режиме модулированной добротности сравнимы с соответствующими параметрами Nd :YAG-лазера при сравнительно одинаковых размерах стержня; 2) в режиме синхронизации мод можно получать очень короткие импульсы (вплоть до поскольку ширина лазерного перехода в стекле значительно шире, чем Лазер на стекле с неодимом часто применяют в тех приложениях, для которых импульсный лазер должен работать при низкой частоте повторения импульсов. Это, например, необходимо для некоторых дальномеров, применяемых в военных целях, и неодимовых лазеров, предназначенных для научных исследований. Важным применением лазеров на неодимовом стекле является использование их в качестве усилителей в лазерных системах для получения очень высокой, энергии в экспериментах по лазерному термоядерному синтезу. В настоящее время уже создана лазерная система на основе стекла с неодимом, дающая импульсы с пиковой мощностью более и полной энергией кДж (-лазер). Этот лазер, который в настоящее время дает наибольшую энергию в импульсе и максимальную мощность среди всех лазеров, состоит из нескольких усилителей на основе стекла с неодимом, самый большой из которых представляет собой стеклянный диск толщиной около 4 см и диаметром порядка 75 см.