2 / 17
Малогабаритный эрбиевый лазерный излучатель с диодной накачкой…
ISSN 0236-3933. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2017. № 5
15
Во-первых, длина волны генерируемого излучения (1540 нм) попадает в так
называемый безопасный диапазон длин волн. Во-вторых, большое время жизни
возбужденного состояния ионов Er
3+
(≈ 8 мс) позволяет использовать для накачки
импульсы длительностью до 5 мс, что снижает требования к мощности диодных
линеек накачки и допускает уменьшение их числа по сравнению с неодимсодер-
жащими активными средами. Это заметно упрощает и удешевляет стоимость
лазера. В-третьих, вследствие наличия у иттербий-эрбиевой активной среды ши-
рокой полосы поглощения (область практически постоянного коэффициента
поглощения 930…960 нм) появляется возможность использования для накачки
лазерных диодных линеек во всем рабочем диапазоне значений температуры
(−40…+70
С) окружающей среды, не применяя к ним термостатирование.
К основным недостаткам лазеров на эрбиевом стекле, работающих в режи-
ме излучения гигантского импульса, относят низкую энергетическую эффек-
тивность, как правило, не превышающую 1…2 % преобразования свет−свет,
вследствие трехуровневой схемы генерации, малого сечения излучательного
перехода и слабого усиления в активной среде. Низкая теплопроводность стекла
в сочетании с высоким уровнем тепловыделения, вызванным большим стоксо-
вым сдвигом между энергией кванта накачки (
h
940
= 2,0926
·
10
−19
Дж) и кванта
генерации (
h
1535
= 1,295
·
10
−19
Дж), потеря части энергии возбуждения при его
транспортировке от иона сенсибилизатора иттербия к генерирующему иону эр-
бия [1] ограничивает частоту повторения импульсов эрбиевых лазеров значе-
ниями 5…10 Гц. Увеличение частоты повторения импульсов сопровождается
ухудшением качества лазерного пучка в результате наведенной тепловой линзы
и при определенных значениях приводит к разрушению активного элемента
ввиду возникающих в матрице элемента сильных температурных градиентов и,
как следствие, критических механических напряжений.
В то же время частота измерений до нескольких герц вполне пригодна для
лазерных дальномеров, а энергия импульса 8…12 мДж достаточна для измере-
ния расстояния до объектов, удаленных на 15…20 км (при диаметре входного
зрачка объектива приемного канала дальномера до 100 мм).
Важным элементом эрбиевого лазера на стекле, во многом определяющим
его свойства, является модулятор добротности резонатора, причем преимуще-
ственное распространение в лазерах на эрбиевом стекле получили схемы актив-
ной модуляции добротности резонатора с НПВО-затворами [2]. Указанные за-
творы обладают достаточно низкими световыми потерями (2 %), что особенно
важно при работе в слабо усиливающей среде, и могут также модулировать
неполяризованное излучение [3]. Однако низкое быстродействие НПВО-
затвора [4], препятствует получению импульсов менее 30 нс, а медленное
выключение добротности может приводить к появлению дополнительного им-
пульса, воспринимаемого каналом регистрации как отраженного от цели.
Использование нанесенных на активный элемент щелевых диафрагм, обеспечи-
вающих более равномерное возбуждение активной области и устранение до-
полнительного импульса, было предложено в работе [5]. Высокие управляющие