Лазерные стёкла

ЛАЗЕРНЫЕ СТЁКЛА, разновидность лазерных материалов; стёкла, используемые в качестве активной среды твердотельных лазеров. Известны десятки различающихся по химическому составу многокомпонентных стёкол - силикатные, фосфатные, фторфосфатные, боратные и др., на которых получен эффект лазерной генерации.

Лазерные стёкла характеризуются параметрами, описывающими их физико-химические, спектрально-люминесцентные, генерационные и другие свойства. Генерация излучения в лазерах с лазерными стёклами происходит на излучательных переходах между энергетическими уровнями примесных редкоземельных ионов (смотри Твердотельный лазер): Nd³⁺ (длина волны излучения λ_Γ ≈ 1,055 мкм), Er³⁺ (λ_Γ ≈ 1,54 мкм), Yb³⁺ (λ_Γ ≈ 1,1 мкм). Концентрация ионов Nd³⁺ в лазерных стеклах составляет от 10²⁰ до 3•10²¹ см^-3, ионов Er³⁺ - около 5•10¹⁹ см^–3, ионов Yb³⁺ - 10²⁰-10²¹ см^–3. Лазерные стекла характеризуются также временем жизни t метастабильного уровня энергии, квантовым выходом люминесценции, нелинейным показателем преломления n, температурным коэффициентом показателя преломления dn/dT, поглощением на длине волны генерации и др.

На практике широко используются силикатные и фосфатные лазерные стекла. Фосфатные лазерные стекла имеют высокие спектрально-люминесцентные, генерационные и термооптические характеристики, а силикатные лазерные стекла более технологичны и дёшевы. Недостатками лазерных стекол по сравнению с диэлектрическими лазерными кристаллами являются низкая теплопроводность и худшие механические свойства, что препятствует созданию лазеров на стекле, работающих в непрерывном и импульсно-периодическом режимах при высокой средней мощности накачки. Преимущества лазерных стекол - относительно простая технология, низкая стоимость, возможность синтеза стекла в больших объёмах (до нескольких сотен дм³) и с высокой оптической однородностью. Активные элементы лазеров изготавливаются в виде цилиндров, параллелепипедов, дисков, трубок различных размеров. Площадь поперечного сечения активных элементов может составлять от нескольких мм² до десятков см², длина - от нескольких см до нескольких метров. Из кварцевых стёкол изготавливаются также волокна диаметром от около 100 до 600 мкм и длиной до нескольких десятков км (смотри Волоконный лазер).

На активных средах из лазерных стекол созданы миниатюрные лазеры и мощные лазерные системы, работающие в различных режимах и применяющиеся в медицине, научных исследованиях, для технологических целей, а также в экспериментах по управляемому термоядерному синтезу (УТС). Выходная мощность лазерных систем, созданных на стекле с Nd³⁺ для программы УТС, достигает 10¹³ Вт в импульсном режиме при длительности импульса 1 нс. Мощность непрерывных волоконных лазеров может достигать нескольких десятков киловатт.

Лит.: Справочник по лазерам / Под редакцией А. М. Прохорова. М., 1978. Т. 1; Алексеев Н. Е. и др. Лазеры на стеклах. М., 1978; Лазерные фосфатные стекла / Под редакцией М. Е. Жаботинского. М., 1980; Rare-earth-doped fiber lasers and amplifiers / Ed. М. Digonnet. 2nd ed. N. Y.; Basel, 2001.