Реферат
на тему:
Лазери на ітрій-алюмінієвому гранаті
Введення
Неодимові лазери є найпопулярнішими з твердотільних лазерів. У цих лазерах активним середовищем зазвичай є кристал Y3AI5O12 [скорочено званий YAG (yttrium aluminum garnet, ітрій-алюмінієвий гранат)], в якому частина іонів Y3 + заміщена іонами Nd3 +. Іноді також використовується фосфатне або силікатне скло, леговане іонами Nd3 +. Типові рівні легування для кристала Nd: YAG складають порядку 1 ат. %. Більш високі рівні легування ведуть до гасіння люмінесценції, а також до внутрішнім напруженням в кристалах, оскільки радіус іона Nd3 + приблизно на 14 % Перевищує радіус іона Y3 +. Цей рівень легування надає прозорому кристалу YAG блідо-пурпурову забарвлення, оскільки лінії поглинання Nd3 + лежать в червоній області.
Nd: YAG-лазер
На рис. 1 представлена ​​спрощена схема енергетичних рівнів Nd: YAG. Ці рівні обумовлені переходами трьох 4f електронів внутрішньої оболонки іона Nd3 +. Оскільки ці електрони екрануються вісьмома зовнішніми електронами (5s2 і 5р6), на згадані енергетичні рівні кристалічне поле впливає лише в незначній мірі. Тому спектральні лінії, відповідні розглядаються переходам, щодо вузькі. Рівні енергії позначаються згідно з наближенням зв'язку Рассела-Сандерса атомної фізики, а символ, що характеризує кожен рівень, має вигляд 2s +1 LJ, де S -Сумарне спінове квантове число, J-сумарне квантове число кутового моменту, а L - орбітальне квантове число. Зауважимо, що дозволені значення L, а саме L = О, 1, 2, 3, 4, 5, 6, ..., позначаються прописними літерами відповідно S, Р, D, F, G, Н, I, ... . br/>В
Рис. 1. Спрощена схема енергетичних рівнів кристала Nd: YAG. br/>
Таким чином, основний стан 4I9/2 іона Nd3 + відповідає стану, при якому 2S + 1 = 4 (тобто S = 3/2), L = 6 і J = L -5 = 9/2. Дві основні смуги накачування розташовані на довжинах хвиль 0,73 і 0,8 мкм відповідно, хоча інші більш високо лежачі смуги поглинання також відіграють важливу роль. Ці смуги пов'язані швидкої (~ 10-7 с) безвипромінювальної релаксацією з рівнем 4Fз/2, звідки йде релаксація на нижні рівні (а саме 4I9/2, 4I11/2 і 4I13/2); цей останній рівень не показаний на рис.1. Проте швидкість релаксації набагато менше (т = 0,23 мс), оскільки перехід заборонений в наближенні електродіпольного взаємодії (правило відбору для електродіпольно дозволених переходів має вигляд О”J = 0 або В± 1) і оскільки Безвипромінювальної релаксація йде повільно внаслідок великої енергетичного зазору між рівнем 4F3/2 і найближчим до нього нижнім рівнем. Це означає, що рівень 4F3/2 запасе велику частку енергії накачування і тому добре підходить на роль верхнього лазерного рівня. Виявляється, що з різних можливих переходів з рівня 4F3/2 на нижележащие рівні найбільш інтенсивним є перехід 4F3/2 Г I11/2 Крім того, рівень 4I11/2 пов'язаний швид...
