Волноводные лазеры

ВОЛНОВОДНЫЕ ЛАЗЕРЫ, лазеры, в которых генерация излучения происходит в активной среде, расположенной в полом волноводе. Волноводными могут быть газовые лазеры (например, на СО2, СО), эксимерные лазеры на Хе и KrF. Идея использования волноводов в газоразрядных лазерах впервые была высказана американскими учёными Э. Маркатили и Р. Шмельцером в 1964 году. Первый волноводный лазер на СО2 создан американским учёным П. Смитом с сотрудниками (США) в 1972.

В отличие от обычных газовых лазеров, в волноводных лазерах между зеркалами резонатора расположен диэлектрический волновод, который выполняет несколько функций: он ограничивает объём, заполненный активной средой, по нему распространяется лазерное излучение, и он определяет модовый состав излучения. Волновод в волноводном лазере представляет собой, как правило, диэлектрическую газоразрядную трубку (или несколько трубок), длина которой значительно больше внутреннего диаметра, в свою очередь в сотни раз превышающего длину волны излучения. Волноводы для волноводного лазера изготавливают из бериллиевой керамики, кварца, стекла, нитрида бора.

Реклама

Наличие у резонатора волноводного лазера полого волновода порождает, в отличие от дифракционных потерь традиционных открытых резонаторов, специфические, так называемые волноводные потери, связанные с выходом части энергии распространяющейся по полому каналу излучения в материал волновода. Волноводные потери вместе с потерями на согласование собственных мод волновода с модами свободного резонатора и с потерями на связь с зеркалами образуют собственные потери волноводного резонатора, от которых существенно зависит выходная мощность и эффективность лазера.

Для волноводного лазера характерны малые поперечные размеры активной среды, поэтому в них используют эффективный отвод тепла для охлаждения трубок, иначе они нагреваются, и параметры лазера меняются.

Экспериментально реализованные мощности излучения волноводных лазеров на СО - не более 10 Вт/м. Область применения волноводных лазеров на СО ограничивается необходимостью глубокого охлаждения газа при малых длинах активной среды.

Удельная погонная мощность излучения волноводных лазеров на СО2 при использовании узких волноводных каналов может достигать 100 Вт/м при небольших средних мощностях излучения. Волноводные  лазеры на СО2 не требуют высокого охлаждения, и они конструктивно компактны (основное их преимущество).

В зависимости от схемы соединения трубок - параллельной или последовательной - получают многолучевую или однолучевую генерацию. В волноводных лазерах на СО2 с числом трубок до 60 получены средние мощности излучения до 6 кВт, а в однолучевом волноводном лазере - до 1,5 кВт. При этом удельные мощности излучения достигают 50 Вт/м.

Волноводные  лазеры с многолучевыми волноводными излучателями применяются для обработки различных материалов. Однолучевой одномодовый волноводный излучатель со средней мощностью 1 кВт является основой лазерной кардиохирургической установки для операций на сердце.

Лит.: Белянко А. Е. и др. Электродинамика полых диэлектрических волноводов газоразрядных лазеров среднего ИК-диапазона // Труды Института общей физики Академии Наук СССР. 1989. Т. 17; Беришвили И. И. и др. Мощный волноводный одномодовый СО2-лазер с диффузионным охлаждением для трансмиокардиальной реваскуляризации // Известия РАН. Сер. физическая. 1999. Т. 63. № 10.

В. В. Василъцов.

Связанные статьи