Разработка и применение импульсно-периодических неодимовых лазеров кодулированной добротности на основе оптически плотных активных сред тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

П О У"

- 5 ДПР 1993

¿ПАДЕНИЯ НАУК ГОССЙЗСЮЯ ЗЗЗРАЦ55Я КЯСТИГУТ онхй скзка

На правах рукопзсп УДК 621.373

кнайлоз е'кчо? ¿лзтсс^л

разработка и пвзжншя? г^^обаю-пекзолпекси ¡ео^гюшх лазеров кодулкровашюп добготйост» 514 сс1юзе (лпьзчгшй ияошх

шшах сщ.

(саэ^зльЕость 01.04.21- хетеригч Сизяка)

Диссертация

еэ сопсхеззе учэеоШ стесгкз доктора тгкзгазсгет- паук в форко научЕого доклада

Иоскза, 1933

-г -

Работа вшсшшпа в Институте обяей фзззкш РАН. Официальное оппоненты: goEscp фвзажо-иогекатичесиш шзук

И.И. Муратов доатор тезшчвсках наук, прсфзооор

Б.Н.Рвдоотвгп дотаор тезошческнх наук А.А.Шокш

Ведущая организация- ,НШ1Ф ШГ па. U. В. Ломоносова. Заащта состоится Длх.рс-'-^ IS33 г. в / S> " ' чао.

па заседании Спецлалязхтровшпого Сонета О 6 (Д 003.49.04) Кястытута общей фязшш РАН по адресу: II7942, ГСП-I, г.Косква, В-333, уд. Вавилова» 38.

/г

Диссиртадия разослана V з " 1998 г.

Ученый секретарь Саецпалкзировшшого Соваtu, кандидат фмз.-кат. наук

В.Б.СИГАЧВВ

- 3 -

ОГЛАВДШЗВ

Глсва I. (ШАЯ ЗШ'АКШИСТОКА РАБОТЫ.

61. Предаю силки постановки работа и актуальность таш........6

§2. Цель работы.............................................3

§3. Нзучяая новизна и практическая давность работа...........7

§4. Палсетзшя, шносяшгз па защиту. ..........................3

§5. Апробация работы....................................... .9

Гзсвз ц. дазага негюдяризобдшюго излучения с шеогда высоким кпд.

81. Цроблеиа реализации высокого КЦД в лазерах па основа

оптически плотик активных сред.........................II

§2. Метод пространствеепого усреднения поля неоднородной

онгачесвоа пакачкз......................................13

§3. Создание лазеров на остове оптически плотаыж активных

сред с шоокнм код...................................... 14

64. Лазеры, работащве в рггкгз многопучковоЯ генерация. ...Л? Глава III. ЛАЗВГН С ГОЛБРИЗАДйОИНШ ИГООДОЦ ИЗЛУЧЕПЗЯ В УСЛОВИЯХ СИЛЬНОГО ТГОЮДОЛУЧИШОМЛИШ В АЭ. 81. Влипшв термооптических искажений в АЭ на вшеодзшо характеристики лазеров с поляризадооппкм внводом

излучения...............................................31

32. Нзтода пространственного и временного усреднения поля

выходного излучения лазеров о ПБМ....................... .23

§3. Лазеры па основе кристаллов Сг:?М:ГСГГ,

Сг:Ш:КСГГ с оптимизированными параметрами..............25

Глава 1?. ЛАЗВШ С ПОЛЯРИЗАДИОШО ЗАШ1УТШИ РЕЗОНАТОРА.

81. Особенности и оспошшв преимущества лазеров с поляризацпонно заыкпутамл резонаторами.......<,..........Я7

§2. Гасчети основных энергетических характеристи

лазеров с ГОР...........................................29

§3. Генерационные характеристик лазеров с ШР..............33

Глвва V. ЛАЗЕРЮ-ЙНДШРОВАНШЕ ЭИ1ЯСТЫ В КГИСТАЛлБ КГ?.

ЭФФЕКТИВНОЕ У£ВОВНИВ ЧАСТОТЫ ИЗЛУЧЕНИЯ В КТГ. 51. Особенности удвоения частоты высокоинтенсишого шпулъсного излучения пеодшовнх лазеров в кристалле ..............................................33

82. йазерио-индуцирсванное поглощение (скрагиванке) в

фоторейрактаБншй ц^факт в кристалле КТР.................33

53. Яазеряш® Еройой в крастшиа КУР.........................40

Шодаошз лазары с шоокоэйектиеньш удаоеааеи

чосготы в красте-оза К5Р. ......................»......... 43

Г&Ш VI. ЛАЗЕР» Щ ЯШЕНВКМ В ДИГОетИПСИИ.

§1. Нводааовнв лазерк с удвозниам частота...................4©

52. Рб35дадаш ьсштанай лазерных латотриггоров. ............БХ

§3. ВОШВОНгВД ЕаЕОДОЧШЕСЫ..................................52

54. 0г:Ег:КС1Т лазер с волоконной доставкой излучения.' ......53

ажяшЕна. ......................................................57

МГВРАТУРА.......................................................60

- Б -ГЛАВА 1 ОБЩАЯ ХШКИРИСТИПа РАБОТЫ ffl. Продташлкн постедовкз работа я актуальность тем». Одпшл ез ocsobehz направлений развития квантовой элэитровжэ является создание твердотельных лазеров с высоки?! КПД, сочететапшся с васокоЗ в?.шугьскс8 и средней кощзостью излучения. Козднй этап на нута повкшашя этах парететров явзероз сопровождался расширением области их прйшнешя как в науке, так и в тахтш. Очередной этап, ознаменовавший значительный прогресс в этом направлении, наметился в связи с создашен нового класса лазерных материалов- кристаллов редкоземельных гранатов с громом- гадолрпза-скандяй-галлгевого (ГСГГ), хггтрий-скапдаа-гшшЕевого (ИСГГ>, гадолвшй-скалдиа-аявминиевого (ГСАГ), аттрий-скаидиа-алгетшгевого (И0АГ) и др [I-4J.

Значительным преимуществом этих кристаллов, как активных элементов (A3) лазеров, является возможность ах активирования с высокой концентрацией сзрок®.» набором вигов Ш3*, Er*3"1", Но3+ п др., пз которых возмогла генерзщш па различных датах волн. Однако, основеш преимуществом этих кристаллов является возыооаость ех высокоэффективной сенсибилизации ионши ВлгюкиЯ еттпктр

поглощения ионоз хрома позволяет использовать для возбуждения ехтквшх лазерных центров значительную часть спектра излучения лаш накачек, что ведет к существенному увеличению КЦЦ лазеров.Благодаря высокой концентрации активатора и бонов хрома спектрально среданЭ коэффициент поглощения излучения накачки оказывается существенно вазе, чем в АЭ из других сред. Такие оптически плотные актавнке среда обладают в ряде случаев значительными преимуществами 16, 61.

Уже в первих работах по применению оптически шшшх активных сред в лазерах, работающих в рсхвш свободной геЕершщи, бага подтверядены большие возможаостз этих кристаллов [2, 71. Однако, в peamse модулированной добротности, представляющем большой интерес для практических приложений, возникает значительные трудности при реализации высокого КВД лазера. Оказалось, что известные оптические схемы резонаторов для тг рдотелышх лазеров, а таете их традиционная оптическая элементная база в значительной стесенз не могут быть использованы для достигеняя высокоз^фектавноЗ лазервоЗ генерации . Основным требованхем к лвзерзяя резонаторам при нсполъзовакзго ДЭ вэ оптически плотных сред является нечувствительность к термооптлческим искажениям в ДЭ, особенно к

ешздзяеовд твр^юдауодченредсцлешга. Крона того, в лазерах дайна бите эффективная кошзнсацвя Ееоднородностей коэффициента усшюшя по сечешш ¿3, Еозшшгащх вследствиа неоднородного поглощения заэдчапля лака накато характерного для оптически плотинх активных сред.

Освоение ■ твврдсталмшын лазерами ((благодаря прнмзаешго ".овых • «ктшных сред) уровня значений 1ЩД, в езсколько раз прошвг тда характерные зпачеишг для какого бззусловкого среда тиардотельшх лазеров лвдзра, кев лазера ва АНТ, открывает возыогноств создания еошх кошаеттах лазеретх прибоев, донускавдп разаещешю еэ различил иобзггжк объектах с ограниченными объекоы, грузоподъвккостыз в мощностью азектрпчеезшй бортсети. Наличие таких кркборов нового воксыишя позвешшт рзтть принципиально ковые иаучно-техшмзеюа аадачы в области создания лвдарных систем» састеи оютчэской связи, даяьвовегрзз и т.д..

СоЕдаша неодаовщ; лазеров на основа оптически нлотшг шош ерзд составило, в частности, задачу- высохоаффектнвного удшзвая частоты излучена ©таг. лазеров. Наибольшми перспективами в етои отношении обладает кристалл к&лва-тнтанил-фосфата (ЮТ), в котором возмояна эффективная гепертщл второй гармоники (ГЯГ) иногоааодошг ккрокоапертуршгх пучков эти лазеров 18-10]. Процесс ГВГ в кристалла ЮТ при васокой интенсивности импульсов излучения сопровоадвзтса эффекташ (окрошЕгняе, фоторефракцая л др.), которые могу? внавате существенное снижение его эффективности. Изучение а ты аффектов втеет ключевое значение в выработке рекомендаций по совершеиствовавно технологии виращнваяяя кшетамов КТР высокого качества, в важаЕъваЭ стененн подверженных влияния а тех факторов,

Значительные преимущества высокоэффективное компактные лазера ва основе оптически плотных активных сред, в том числе неодшоЕыз с удвоением частота в кристалле КТР, могут обеспечить при их прнмеиешн в медицинских приборах. В частности, при решения проблема создания универсального высокопроизводительного лазерного иатракорпорального даготрииор®.

§2. Ць'ДЬ работа.

Основной мчдьзо настоящей роботы являлась разработка лазеров ей основе новых оптически плотных активных сред с ыакимзльно шеоквм КОД в реише генерации кияульсов излучения модулированной добротностк с большой энергией и большой частотой повторения, а также соэданш

уникальных по своиы технгческиы характеристика* дязэршх нрииороэ . на их основе (в частности, с размещением нз мобальши объектах; космических, лэтатеяышх аппаратах, передвижных наземных средствам) для разливах облзстзй применения: в лидерах, системах оптачзсяоа связа, локецшз, ивдзциш и т.д..

Достпгепие поставленной цели потребовало разработки ноэих схзмшж решений оптических резонаторов лазеров а создания иэтодов их расчета; выбора элементной базы оптически когшснект лазврэгх резонаторов, разработки и создания ее новых воипонент, в наибольшей степени способствующих реализации внсокого КГЩ гопорэцпа лззероз; выработки рекомендаций по соввриевслювашт технологии шращнвашш а отбора высококачественных кристаллов К7Р дая удвоителей частота неодаиоии* лазеров ца Саас асолидоиашШ лазерно-пндуцирозожых эффектов в этом кристалле; определения применимости разработанных лазеров в различных приложениях; определения применимости разработанных лазерных схем, элементной базы и методов расчета к широкому классу лазерных сред, лазеров и лазершш иржборов; зпедревЕя высокоэффективных лазеров и приборов на их основе в разлячкш областях науки и техники.

8 3. Научная новизна я практическая данность работа. Научная новизна работы заключается в:

-выработке требований к резонаторам и оптической эленеЕТНой база лазеров на основе оптически плотных активных сред с цельш обеспечения кавслыальЕо большого КПД таких лазеров в реаше иодулированноЗ добротности з сочетании с высокой средней мощностью выходного излучения, создание отвечающих этим требованиям резонаторов и оптических элементов;

-создании ш изучении подяризационно замкнутых резонаторов; -разработке метода расчета основных энергетическая характеристик лазеров с поляризационно замкнутыми резонаторами, демонстряцЕЕ преимуществ этих резонаторов при Еспэльзованнп в твердотельных лазерах линейно поляризованного излучения с териэдвулучепрелоилениги в активных элементах;

-создании и изучении резонаторов с поляризационным шзодон излучения и пространствекно-врементам усреднением неоднородностей интенсивности излучения в условий большого уровня териодьулучепрелоклевля в активных элементах;

-установлении взаимосвязи мезду лазарао-шщуцированшш эф* эстами окрашивания, фоторефракции и разрушения в кристалла! KfP, в такта влияния этих аффектов ш качество кристаллов КТР, как аффективных удвоителей частоты излучения неодкмовых лазеров с больной импульсной и средней коздостыо излучения;

выработке требований и создании универсальной высокопроизводительной лазерной установки для целей интракорпоральной латотридсии на основе зеодамовых лазеров; создании рада оригинальных неодаыовых лазеров . с регулируемой а широких пределах длительностью тшульса выгодного излучения и удвоением частоты в кристалле КТР;

- выявлении особенностей фрагментации камней в лазерной ннтрекорпор&лькоЁ литотрипсии при действии импульсов лазерного излучения с различными длинами волн и длительностью имьульсов;

Практическая ценность работы состоит в том, что:

- на основании разработанных лазеров с применением новых схемных решений резонаторов и их элементной базы создан ряд оригинальных приборов для -применений в специальной технике и лазерной медицине, отличамцихся малыми габаритами, весом и энергопотреблением, что отрахено в соответствующих актах внедрения (шсокоэффектнвнмэ излучатели на основе Сг:Нй:ГСГГ, Сг:Ш:ИС1Т лазеров с удвоение в частоты в кристалле КТР для систем космического базирования- МННИРС, Ш1 РФ; высокоэффективные неодиыовые лазерные излучатели- КБ 5очыаш Ш W);

- выработаны рекомендации, способствовавшие усовершенствована!! технологии выращивания кристаллов КТР;

-разработан универсальный высокопроизводительный

кнтракорпоральный литотриптор на основе иеодимового лазера с перестраиваемой в широком диапазоне длительностью лазерных импульсов а удвоением частоты в кристалле КТР; высокие характеристики лазерного литотриптора подтверздепы результатами совместных работ в Лазерной иеднциаскон центре г.Берлин п испытаниями в Институте кедицинсхоа радиологии ¿№1 Р$ г.Обнинск ; лазерный литотриптор внедрен дш массового производства в ЩБ "Фотон" Ю K0U3, что отрахено в соответствующем акте внедрения.

} 4. Положения, выносимые на защиту.

I. На основе оптически плотных активных сред создано семейство

ямпульсно-пэриоднческих пеодиыових лазеров с модулц^юванзба добротностьв с рекордам для твердотельных лазеров с ла многой накачкой КОД (до ~ 6,Б Ж).

2. Предложен а реализован новый тш поляризацношо зачкиутых резонаторов для твердотельных лазеров, с теркодаулучепралоиленаем з активных элементах.

3. Метод расчета основных энергетических характеристик дгзероа с поляризационно замкнутыми резонаторами с учетом деполярззациа внутрзрэзонаторпого излучения.

4. Методы пространственного п временного усреднения неоднородностей интенсивности излучения в резонаторах лазеров.

5. Предложен и реализован метод пространственного усредаепия неоднородностей поля оптической накачки в активных элементах из оптически плотных сред.

6. Разработка критериев качества удзоителэа частоты па кристаже ЮТ ш реализация в них режима аффективного (КОД >БО?) преобразования частоты пирокоапертурннх пучков кпогошдового излучения пеодпмоних лазеров с высокой импульсной и средней мощиостьи выходного излучения.

7. Разработка требований к твердотельным лазерам для приманешгя в лазерной интракорпорзльной литотргаенз. Создание универсального высокопроизводительного лазерного литотршггора на основа разработанных неодимовых лазеров обеспечивающих пзрэ стройку длительности импульсов излучения в диапазоне 0,1-1 кхс и передачей пшульсов излучения по световолокну.

8 Б. Апробация работы.

Настоящий доклад составлен по материалам, содержащимся . а 65 научннх публикациях. Устройство резонаторов и иа оптические когшонсн-ты для твердотельных лазеров защищены 4 авторскими свидетельствами ж I патентом СССР.

Основные результаты работы докладывались на следующих Международных и Всесовзных конференциях: II Всесовзной научно-технической ков1еренции "Высокоскоростная фотография и метрология быстропроте-кавщих процессов" (Москва, 1ЭЭЗ); V» VI Всесоюзных конференциях "Оптика лазеров" (Ленинград, 1387, 1990); XIII, XIV Меадународных конференциях по "Когерентной и Нелинейной оптике" (Нинск, 1988; Ленинград, 1991); <?, VI Международных конференциях по твердотельным

лазерам к Eк доспаеншш (Cost Лейк Сита, СНА, 1990; Уестен Росоча, ter ж Каролина, CEA, 19Э1); II Иеадународнов Европейской конференции по квантовой электронике (Дрезден, ГДР, IC89); Иацдуиародной ¡конференции "Лазеры к их пршгенензе" (Ееовдив, Ьолгарня, 1990); Всесоюзной койферевдга "Физика и применение твердотельных лазеров" (Москва, I9SO); , VII Международных конференциях "Иездисцашкиа^гкэ лазерные наукн" (SS&Heanorac, (Ж, 1990; МонтереЕ, C0A, 1991); Кокдазродных ковфгрзщшгх "F-иомедшщнская оптика" (Лос ¿квелее, США, 1991; I9SS; Í99~); ?III Всесоюзном совещании- семинаре "Спектроскопия лазерных материалов" (Краснодар, 1991); Всесоюзном симпозиуме "Шгко-штвэсшшые лазера в цедйЦЕза" (Oöeehck, 1991); ИекдуЕародаой ковфэренцаи "Лазерная шгенерия" (Лос Ашселес, США, ISQS); йаучио-техннческоа сшлюзауме "Оптика-тЭг", Ыосква, 1992.

ГЛАВА II.

ЛАЗЕРЫ ШЮЛЯРИЗОВАШОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С РЕКОРДНО ВЫСОКИМ КЦД.

§ I. Проблема реализации высокого КЦД в лазерах на основе оптически плотных активных сред.

Эксперименты с первыми образцами АЭ из кристалла Сг:Ш:ГСГГ [?. Ш, являвшегося титачанм представителем оптгчески плотных активных сред, вызвали большой интерес, поскольку эти элемента обеспечивали твердотельным лазерам значительно более высокий КПД, по сравнении} с широко распространенными лазерными материалами гакши, как М:АИГ, неодаыоше стекла, КГБ и др.. В ГСГГ лазерах при использовании АЭ относительно небольших размеров (диаметром 3-D мм) в режиме иодулированоой добротности был достигнут сначала КПД ~ 2% III], а затем ~ 3% [121. Оптические схемы резонаторов разработанных лазеров обеспечивали столь высокие характеристики лазерам, к созаленню, только при средних мощностях накачек до ~ 100 Вт, когда термооптические исказапия в АЭ еще несущественны. Геи не кеяев, создание таких лазеров позволило значительно улучшить параметры ряда лазерных приборов (например, дальномеров) и показало их значительные преимущества.

Практическая необходимость дальнейшего увеличения КЦД, энергии и частоты повторения импульсов (средней мощности) выходного излучения лазеров нэ основе оптически плотных активных сред с кодулшровазной добротность!) стимулировала дальнейшие исследования [13-15]. Значительный прогресс был достигнут в выращивании высококачественных крупных размеров кристаллов Сг:Ш:ГСГГ, Сг:Ш:КС1Т 116, I7J. При переходе к активным элементам больших сечений (до 010 км) удалось в регшге свободной генерации достичь КПД ~ 10,53 (51. В резтаз модулированной добротности успехи были значительно скромнев (КПД ~ 3S при генерации редкоповторяющихся импульсов 11815. Выявлению в устранению причин, затрудняли реализация высокого КЦД в сочетании с большой импульсной и средней мощность® гнходнего излучения, была посвящены работы [15, 19. lo, 2а, IlaJ. Ь данной главе приведены результаты наших исследований, на оснослик которых был создан импульсно-периодический СТ:!М:ИСГГ даер с модулированной добротностью и рекордно больпиы для твердотельных лазеров с ламповой на;шчкой КПД при високоЗ средней мощности выходного

непмшризовщщого кзлучепия.

При решении большого числа прикладных задач с использованием высокоаффзхтгшЕгД твердотельных лазеров, как правило, отдается предпочтет ~ лазерам, генерирующим линейно поляризованное выходное нзлучеЕие. Под действием поляризованного излучения более ЗчФгйсшшо вдут многие физические процессы (разного вида процессы рассе лся свети, преобразование частоты и т.д.)- Кроме того-, пучками поляризованного излучения проще управлять (модулировать, осуществлять сканирование к т.д.).. Перше попытки использовать A3 из новых ЕнсохоэффэктЕвных оптнчзслз плотен активных сред в стандартных лазерах, с традиционными • оптическими схемами, обеспечивевдиш генерацию поляризованного кзлучения, не увенчались успехом. КПД таких лазеров достигал ыраюрно одного процента при больших неоднородности распределена« интенсивности по сечешга выходного Езлучгшя. Относительно невысокие выходные характеристики таких лааеров, как оказалось, обусловлены низкими тергоонтичесиаш нараметргаш скаддиевыж гранатов, . что проявляется в больших потерях деполяризованного в 43 излучения на внутрирезонаторзщ поляризационных элементах.

Известию метода кошюясацпи термодвулучепреломления в АЭ С13— 221 оказались гф^ектжвш&ш лишь в узкой области средних мощностей накачек. В этой связи возникает1! проблема создания лаззришг резонаторов, которые обеспечивала бы лагерем высокоэффективную генерацию достаточно однородного по сечению поллри&ованного азлучешя в широкой области средних мощностей накачек вплоть до разрушения A3 !'.ч-за терюупругш: деформаций в нем. . Следует отметить, что при достаточно большх средаих мовдостях накачек эта проблема существует для любых материалов A3 твердотельных лазеров.

В главе III будут приведены результаты исследований ео устранению вредного влияния термодвулучепреломленяя в АЭ на шходнна характеристика лазеров линейно поляризованного излучения благодаря использованию резонаторов с поляризационным выводом излучения (ПВЙ).

Еолае совершенные оптические схеш лазерных резонаторов лшайио поляризованного кзлучения (поляркзациоано замкнутые резонатора (ИЗ?)) исследуются в главе IV.

В главах III и IV показано, что лазеры линейно поляризованного излучения демонстрируют выходные характеристики не на много уступающие лэг-ерак иеполяризованного излучения, описанным в главе II.

- 13 -

§ 2. Катод пространственного усреднения поля неодноро&шй оптической ваквчки.

Одним из необходимых условий высокоэффективной генерации лазеров в резкие модулированной добротности является однородное по сечению АЭ поглощение пзлучепия накачки. Большой спектрально средний коэффициент поглощения излучения накачки оптически плотных активных сред, погазо полсяительного эффекта увеличения КПД лазеров, ведет тенге к ухудоению однородности прокачки АЭ. При типичных концентрациях ноаов хрома п неодима ~ (1-3)»10*° са-3 излучение ламп накачки практически полностью поглощается всего лииь за одкн проход через поперечное сечение АЭ. В результате этого все неоднородности освещения излучением накачки АЭ, создаваемые осветителей с данной конфигурацией, проявляются в виде неоднородного распределения плотности инверсной населенности в сечении АЭ. Создание высокоэффективной осветительной системы обеспечивапцеа однородное поглощение света в АЭ, практически невозмоггоо [23]. Лучше в этоа смысле осветители с даффузно отряжающим пократпеы, в случае оптически плотных активных сред дают недостаточную во икотах случаях однородность прокачки. Кроме того, в этих осветителях КЦД значительно газе, чей у зеркальных [16, 4а].

В обычных цилиндрических зеркальных осветителях плотность поглощенной энергии излучения накачки в любом сэчеша АЗ вдоль его длшш имеет одинаковое по фораге неоднородное ^.аспределеннэ, которое, в конечном счете, ведет к неоднородности выходного излучения лазера. Суть метода пространственного усреднения поля неоднородной оптической вакачкп заключается в том, чтобы путем изменения формы отраншзеИ поверхности осветителя, взаимного рэсполозения АЭ и лачя вахачкл (шгз того и даггого одновременно) сделать распределения поглощенной энергии накачки неодинаковыми в различных сачэнаях АЭ вдоль его дайны. В этом случае в произвольной тощее евчехшя АЭ внутрирззонаторзое излучение, распространяясь в процессе генерации юшульса излучения вдоль АЭ. проходит участка с рпзлнчнымн значениями плотности инверсной населенности. При этом на длине АЭ усиление излучения в значительной степени по сечению выравнивается, что ведет к улучиегато однородности в:подного излучения.

Нз;,!Я были разработана зеркальные осветителя и соответствуете гл квовтреш следупглх конфагурацай 12а, £а-ва' (см. рас. I):

I. цилиндрический зеркальный осветитель с наклонно расположенными друг по отношению к другу и продольной оси симметрнии осветителя активным элементом и лампой накачки (ЛИ);

II. зеркальный осветитель с конической Соковой поверхностью и коллинеарным расположением АЭ и ламш накачки;

III. осветитель с рифленной зеркальной боковой поверхность» и коллинеарным расположением АЭ и лампы накачки.

Эффективность разработанных осветителей при оптимальном взаимном расположении АЭ и лзмп накачки практически не уступает, а при некоторых условиях даже превосходит, обычные цилиндрические (эллиптические) зеркальные осветители (рис.3, табл.1) СБа]. При этом они обеспечивают более высокую однородность прокачки цилиндрических АЭ из оптически плотных сред с диаметрами до ~Ю мм. Тем самым разработанные осветители расширяют возможности эффективного использования АЭ из оптически плотных сред практически на весь диапазон применяемых в приборах диаметров АЭ.

Разработанные осветители имеют преимущества такае при использовании в лазерах с АЭ, выполненных из материалов, обладающих малым спектрально средним коэффициентом поглощения накачки. Так, при использовании осветителей с наклонным расположением АЭ и ЛН в Ш:АИГ лазерах с АЭ с относительно большими диаметрами сечений 6-10 мы, усредненное по длине АЭ распределение плотности инверсной населенности имеет пологий максимум в центре АЭ 15а1. Таким образом, благодаря выбранной конфигурации осветителя удается создать более оптиналы&е условия для генерации лазера на поперечных модах низшего порядка ( в том числе на одной поперечной моде) и уменьшить расходимость выходного излучения.

§ 3. Создание лазеров на основе оптически плотных активных сред с высоким КЦД.

Реализация потенциально высокого КЦД лазеров на основе оптически плотных активных сред в режиме модулированной добротности возможна при сведении к минимуму внутрирезонаторных потерь в лазере и обеспечении оптимальных условий съема энергии, запасенной в инзерсной населенности активных центров АЭ.

Величина энергосъема т) при условии малых внутрирезонаторных

потерь моает бить оценена с достаточно высокой степень» точности в рамках приближения балансных уравнений по формуле [2а, 9а, 10а]

Т) * 1-ехр(- 0/(0ф»5)), .¡1)

где ¡3 = Л • 1 » Б = Ор. (1+К)/(1-П); С^- зпергия импульсов излучения

лазера; 0о= Ь » ■уАт- плотность энергии насыщения; Л- средняя плотность мощности внутрирезонаторного излучения; а- сечение индуцированного перехода; длительность лазерного импульса; И-коэффициент отражения выходного зеркала; V- частота излучения; Ь-постоянная Планка.

Физический смысл выражения (I) заключается в том, что энергосъеи зависит от превышения энергии импульса излучения, циркулирукцего р

процессе генерации внутри резонатора 5, над энергией насыщения 0о»Б= Соотношение (I) позволяет просто оценить возиозкный энергосъем с любого кристалла по его сечению индуцированного перехода, энергии импульсов выходного излучения Ор и коэффициента отрааення выходного зеркала II.

В реальных условиях при заданном И величина т) ограничивается наибольшими значениями энергии выходных импульсов Ор, при которых происходит лучевой пробой внутрирезонаторных оптических элементов лазера. При использовании АЭ из кристаллов Сг:Ш:ГС1Т и Сг:Ш:ИСГГ с сечениями ивдуцированного перехода аз 1,5«Ю-19 см2 я типичных значениях лучевой стойкости оптических внутрнрезонаторных элементов ~ 400-600 КВт/см^, формула (I) дает энергосъем с АЭ на уровне 0,8- 0,9. Принимая во внимание саше минимальные неизбежные внутрирезонэторнке потери и снижая до необходимого для надежной работы лазера уровня 0,8-0,9 плотность мощности внутрирезонаторного излучения, величину реально ожидаемого энергосъема следует уменьшить до ~ 0,&-0,7. Значительно меньший энергосъем, полученный ранее в экспериментах с этими кристаллами [II, 15], объясняется значительными внутрирезонаторными потерями (в частности, на поляризационных элементах из-за термодвулучепреломления) и неоднородной прокачкой АЭ в стандартных зеркальных осветителях, снижающей допустимую среднюю плотность мощности внутрирезонаторного излучения.

При создании высокоэффективных лазеров на оспоЕе кристаллов Сг:Ш:ГСГГ и Сг:Ш:ИСГГ были использованы высококачественные активные

элементы ¡6, 37]. Оптические схемы наиболее эффективных лазеров приведены на рис 2(1 и II). В лазере использовались зеркальные осветители с пространственным усреднением неоднородаоствй оптической ьакзчки.

Низкие внутрирезонаторные потери лазера обеспечивались применением высококачественных ЛЭ, модулятора НПВО с малыми потерями на пропускание ~ 98 % [24] к устойчивого полуконфокального резонатора. Характеруое время открытия модулятора составляло ~ 80-100 не.

В лазере [IIa], собранном по схеме рис. 2(1) с коэффициентом отражения выходного зеркала ~ 20 %, реализовывался режим генерации моноиьшульсов с длительностью (10-20) не. Наибольший КОД такого лазера (от энергии запасенной в накопительных конденсаторах) достигал ~ 4,8 2 при энергии импульсов выходного излучения ~ 0,4 Дзс (рис.3(1), табл. I. п. I). В [9а] при использовании аналогичной схемы резонатора было достигнуто близкое значение НЦЦ лазера (рис.3(2), таблЬ, п.2). Дальнейшее увеличение КЦЦ и энергии импульсов ограничивалось лучевой стойкостью оптических элементов резонатора лазера. КЦД лазера сохранял свое значение при изменении частоты повторения импульсов до 50 Гц .

• Особенностью лазера, схема которого приведена на рис. 2(11), является возможность изменения коэффициента отравения выходного зеркала путем регулирования величины' зазора между призмами модулятора НПВО. Путем выбора исходной величины зазора и изменения определенный образом во времени коэффициента отражения (создание условий малого превкиения над порогов в процессе генерации импульса) удается значительно увеличить длительность монопмпульсов излучения без снижения !ШД лазера. Длительность моноимпульсов моазт меняться в широких пределах от ~0,02 до I мкс. При генерации длинных импульсов излучения наибольшие значения КЦД и энергии импульсов с увеличением anepi-iGi какячки ограничиваются в основном эффектом супарлшинесценцш в АЭ. В наших условиях без существенного влияния этого эффекта удалось достичь энергии импульсов до ~ 0,8 Дх при КЦД лазера ~ 6,5 % я частоте повторения импульсов до ~ 40 Гц.

При переключении модулятора НПВО с большой частотой (десятки кГц) лазер (рис. 2(11)) генерирует за время действия импульса накачки серил следущих' с частотой переключения импульсов излучения. В таком режиме генеращш

достигнута суммарная энергия импульса до 1,9 Да при КПД 7,6 % а частоте повторения импульсов ~ 30 Гц. Дифференциальный КПД лазеров (рис. 2(1, II)) во всех трех исследованных рехямех генерации составлял ~ 8,8 %, что свидетельствует о возможностях дзлънеЕшего увеличения ИЭД таких лазеров (табл. I, п. I).

Достигнутый в разработанных Сг:Ш:"СГГ, Сг:Ш:ГСГГ лазерах КПД значительно (в несколько раз) превышает наибольший КПД известных ямпульсно-периодических пеодииових лазеров с модулированной добротностью, в том чяслэ наиболее распространенного "о.:АМГ лазера. Благодаря созданию тагах высокоэффективных лазеров на остове оптически плотных активных сред стали Бнполнкиоаи проекты по разработке уникальных лазерных приборов, размзщаеных на мобвлькнх объектах (табл. 2, п. I, 2), лазеры с перестраиваемой длительностью импульсов излучения, болыяютг значащими КПД п зпергзш импульсов находят пгарокгй круг применения в различных областях пяукя н техники в- частности, в области интракорпоральной лазеряоа ударно-полновоЗ лнтотргпешг (табл. 2, и. 5).

В лазерах неполяризованного излучения возмогло такта гффоктивоо использование высокоскоростных ячеек Поккелься, работаете в петлевой часта резонатора Па) (рис. 2(111)). 1ШД н максимальная опертая импульсов излучения таких лазере® не намного уступают лазерам с модулятором НПВО, но превосходят их по точясзтя синхронизация выходных азтульсов излучения (табл. I, п. 3).

Лазеры на таких оптически плотных активных средах, как Сг:Во:Тэт:ИС1Т (?,=2088 ем) и Сг:Ег:КСГГ (,\=2789 ем) декокстрзруэт высокие выходные характеристика при кодуляцоа добротзоста модуляторами с вращаюцейся призмой и 1ИЕ0 ¡6. 12а „ 65а]. Эиергосъем в этих лазерах при генерации в режиме нодулировенвой добротноста ограничен относительно небольшими значениями нз-за малости сечения яндуцированного перехода (формула I). Однако, существует иирокнй круг прикладных задач (например, в стоматологии П3а-16а), разрушение камней в ллтотрипсии излучением голылиевых л эрбкевкх лазеров Г17э-19а) (см. главу VI)) репенив которых возможно при использовании этих лазеров.

§ 4. Лазеры, работающие в реяиме мнотопучковой генерация_

В твердотельных лазерах часто приходится сталкиваться

образованием б сечении выходного излучения лазеров интенсивных областей ("горячих точек"), наличие которых (особенно в режиме генерации гигантских импульсов) ведет к ухудшении выходных характеристик и, в конечном счете, к сужению области применения таких лазеров. Предложено большое количество различных оптических схем резонаторов, где улучшение однородности выходного излучения достигается за счет многократного прохождения излучения через различные точки сечения АЭ в процессе генерации лазерного импульса. В таких резонаторах в основном применяются призмы различных конфигураций [203. Хороший эффект дает применение волноводах резонаторов [23]. Однако, эти способы в ряде случаев (больших оптических (терлооптических) неоднородностей в АЭ и т.д.) оказываются недостаточно эффективными, что стимулирует поиски других путей решения этой проблемы.

Эффект улучшения однородности выходного излучения при условии сильного термодвудучепрелсыления в АЭ наблюдался в лазерах с поляризационным выводом излучения На, 2а, 20а) (см. главу III). В [21а, 22а] была предложены схемы усиливающие этот эффект. Одна из таких схем была использована в 125]. Аналогичный принцип используется б оптически схемах лазеров неполяризованного излучения 1261. Все эти ъоптнчесхие схеш лазеров объединяет то, чао улучшение однородности выходного излучения достигается благодаря генерации лазером излучения, состоящего из многих слабо наклоненных друг по отношению к другу пучков излучения (многопучковый режим генерации) Í23a].

Образование наклоненных под малыми углами пучков излучения внутри резонатора мозсет осуществляться различными способами. Пример оптической схеш такого резонатора приведен на рис. 2.(IV) 123а]. Наклон пучков излучения в этой схеме обеспечивает оптическая система, состоящая из двух зеркал- сферического полностью отражающего и расположенного перед ним полупрозрачного зеркала. Любой луч (кроме совпадающего с оптической осью ) при отражении от этой системы двух зеркал вернется в резонатор в виде нескольких наклоненных друг по отношению к другу пучков с различной интенсивностью, зависящей от коэффициента отражения полупрозрачного зеркала. В результате в резонатор« будут распространяться множество пучков с плавно меняющимся наклоном. При наличии локальных оптических неоднородностей в сечешш АЭ наклонные пучки как бы огибают с разных сторон эту неоднородность и, пересекаясь, "замазывают" тень от нее. При больших

(в среднем) наклонах пучков возникаю? существенные внутрарезонаторнне потери и, соответственно, снижается КПД лазера. Поэтому, подбирает кривизну сферического зеркала и коэффициент отражения плоского зеркала такими, чтобы снижение КПД лазера было незн^гательныы при существенном улучшении однородности выходного излучения.

Наиболее эффективное выравнивание неоднородноствй интенсивности в сечении выходного излучения возмозно лишь при полной взаяжой некогерэнтности складывающихся (пересекающихся) наклонных пупсов. }1а самом деле, как показывают эксперименты [22а], эти пучки несмотря на большую разность хода (расстояние иезду плоским и сферическигш зеркалами мохет составлять десятки сантиметров), частично когерентны, что проявляется в характерной "мелкозернистой" структуре распределения интенсивности по сечению выходного излучения. Распределение интенсивности в целом по сечению оказывается значительно однороднее, чем в отсутствие дополнительного зеркала резонаторе.

Выводы к главе II.

)

1. Предложены и реализованы зеркальные осветители с пространственным усреднением неоднородностеЯ поля оптической накачки в активных элементах. Показано, что при сохранении высокого КПД, присущего зеркальным осветителям, эти осветители обеспечивают такяе значительное увеличение однородности распределения усиления внутрирэзонаторного излучения в сечении активных элементов из оптически плотных активных сред.

2. Исследованы особенности генерации лазеров с резонаторами, в которых реализуется многопучковый режим генерации. Предлогены схемы таких резонаторов. Показано, что лазеры на основе резонаторов такого типа демонстрируют высокую однородность распределения интенсивности в сечении выходного излучения, несмотря па значительные локальные оптические и термооптическне неоднородности в сечении активных элементов.

3. На базе предложенных оптических элементов и схем резонаторов, реализующих методы усреднения неоднородностей накачки и внутрирезонаторного излучения, при использовании высококачественных активных элементов и модуляторов с малыми потерями, созданы импульсно-периодические неодимовые лазера с

рекордно большим для твердотельных лазеров с ламповой накачкой НГЩ ~ 6,5 %.

ГЛАВА III

■ЛАЗЕРЫ с годягизАвдошам выводом ИЗЛУЧЕНИЯ в условиях сидыюго тшюдвулучепгелоилеюи в ¿3.

§ I. Влияние термооптических искажений в A3 па выходные характеристики лазеров с поляризационным выводом излучения.

О возможности использования резонаторов ПВИ для получения генерации линейно поляризованного излучения при болысях пекомпенсируемшс известными методами [20-22 , 27] терлооптическах искажениях в ¿3 сообщалось в раде публикаций [15, 28-30]. Однако, при этом отмечалось, что неоднородное по сечснгт АЭ распределение деполяризации внутрврезопаторного излучения вследствие термодвулучепреломления в АЭ приводят к образовании в сечение ВЫХОДНОГО излучения областей с бОЛЪЕОЙ интенсивностью ("горячих точек"). По этой пргчине возможности практического применения тзксх лазеров оказываются существенно ограниченными.

В этой связи нами были проведаны исследования лазеров с ПВИ и условиях, салыид'о ти{«,?одвулучепредомлэная в АЭ с целы? выяснения вопроса о существовании условий, при которых возмокна генерация тглгнх лззеров с большим 1СЦД в сочетании с высокой однородность» распределения интенсивности по сечению выходного излучения tía, 2а, 21а, 22а, 24а, 25а).

Одним из основных условий высокоэффективной генерации лазерами с ПВИ мощных импульсов модулированной добротности является относительно низкое и мало меняющееся с изменением средней мощности накачки эффективное значение коэффициента отражения выходного зеркала R0 резонатора ПВИ. Расчеты значений RQ (без учета термической линзы в АЭ) в зависимости от средней мощности накачка (тепловыделения в АЭ; были проведены с привлечением аппарата матриц Дгонсонз для трех наиболее употребимых на практике конфигураций резонаторов (рас. 4Í1-III)).

При расчетах Н0 рассматривались активные элементы, вырезанное иг-кристаллов гранатов вдоль двух направлений £1X13 и [ООП. Приведенную расчеты позволяют сделать следующие выводы t2a, 21а1:

I. Диапазон регулирования величины коэффициента с-тргаеш-.я оффркттеного выходного зеркале резонатора ПВИ ДП0 зз счй? изменен/?, деполяризации внутрирезонаторного излучения управляют« фязсььи

элементом сужается с увеличением уровня теркодаулучепреломления в A3. В области небольших средних мощностей накачек Р^ (величина Рд соответствует первому максимуму деполяризации б АЭ £20] и зависит от теплсфизических свойств АЭ), диапазон Дй0 уменьшается от. I до R0 maj-Ro „¿д* В области больших накачек Рн>1'° границы минимального R0 и максималльного Romaz значения величины R0 оказываются практически постоянныни, независимо от изменения • величины деполяризации излучения в АЭ при терыодвулучепрелоилении.

2. Величины №0 и Romai достигают наибольших значений, а величина R0IilI1 наименьшего значения при использовании АЭ вырезанных вдоль исправления [ООН и при ориентации их кристаллографических осей, оптической оси пласины или ребра призмы ПВО под углом 45° по отношению к плоскости пропускания поляризатором линейно поляризованного излучения.

3. Существует ориентация внутрирезонаториых фазовых управляющих значением П0 элементов, при которой величина RQ во всем диапазоне изменений средних мощкостей накачек имеет практически постоянное значение.

i. Наименьшее значение коэффициента отражения эффективного зыходиого зеркала (независимо от уровня термодвулучепреломления в A3) достигается в оптической схеме зеркального резонатора с использованием пластины Х/4 и составляет R0*25 %, что близко к оптимальному значению для лазеров в режиме генерации гигантских импульсов.

Экспериментальные исследования с использованием АЭ из оптически плотных активных сред, а также из АИГ, показали хорошее согласие с выполненными расчетами. Аналогично могут быть проведены расчеты RQ более сложных конфигураций резонаторов. Исключением является область болыаих средних мощностей накачек РН^З.Р° вплоть до предельных, при которых происходит разрушение АЭ вследствии термоупругих деформаций. В этой области термическая линза в АЭ достигает больших значений, что приводит к значительному смещению пучков излучения уже за один обход резонатора. В конечном счете каждый луч в среднем деполяризуется при многократной обходе резонатора в процессе генерации лазерного импульса так хе как любой другой. В результате коэффициент отражения эффективного выходного зеркала при сильной термической линзе стремится к значению ~ 50Ж. Соответственно, регулирование величиной R0 оказывается невозможным.

Сравнение расчетных значений R0 с их экспериментально

измеренными значениями в зависимости от средней мощности накачка позволяет сделать оценку величины тепловыделения в АО. Так, в АЭ из кристалла ИСГГ с концентрациями Сг3+-10^° см-3 и ЗЛО20 см-3

тепловыделение составило ~ 0,1±0,02 от средней мощности подаваемой на лампы накачки. В зависимости от концентрации донов хрома и неодима в оптически плотных активных средах ГСГГ, ИСГГ, ГСАГ эксперименты дэют значения тепловыделения 0,05-0,15 С2а].

§ 2. Методы пространственного и временного усреднения поля выходного излучения лазеров с ПВИ.

Наибольшие неоднородности интенсивности в сечении выходного излучения лазеров с ПВИ наблюдаются в области характерных мощностей накачек Г®, соответствующих первому максимуму деполяризации излучения в АЭ. Форма распределения неодяородпостей интенсивности определяете* распределением деполяризации излучения при прохождении его через АЭ и управляющий фазовый элемент. По мере увеличения средней мощности накачки при Рн>Рд характерные размеры неоднородяоетей уменьшаются, увеличивается термическая линза в АЭ и это в совокупности, ведет к сглаживанию пиков интенсивности в сечении излучения.

Нами были проведены исследования работы лазеров с ПВИ с целью выяснения возможностей улучшения однородности его выходного излучения во всей области допустимых значений средних мощностей накачек. Оказалось [23а], что лазер с ПВИ и териодвулучепреломлянцим АЭ представляет собой лазер, в котором реализуется шогопучковый реянм генерации. Шогопучковый режим возникает благодаря термодвулучепреломленлю в АЭ и наличию поляризатора в резонаторе. Линейно поляризованное излучение при прохождении через АЭ, отражении от заднего зеркала и повторном проходе через АЭ (рис. 4) расщепляется на несколько обыкновенных и необыкновенных пучков слабо наклоненных по отношению друг к другу.

В области накачек, близких к наблюдалась наибольшая

неоднородность выходного излучения из-за резких изменений значений коэффициента отражения выходного зеркала в сечении выходного иапучения. При этом, хотя и имеет место кногопучковый режим генерации, однако, углы наклона пучков невелики и, соответственно, невелико усредняющее действие таких резонаторов.

Улучшения однородности выходного излучения в области моано

достичь цутеы увеличения (в среднем) углов наклона кегду пучкаьш [22а, 2Gal. Для этого нами предложено использовать в резонаторе дополнительную клинообразную фазовую пластину рис. 4(IV). В экспериментах использовались пластаны, вырезанные из кристаллического кварца с углом при вершвне ~ 3°. При этой значении угла рааяизовывались оптшалънпе. у слоем, когда наблюдалось хорошее пространственное • усреднение доля вшюдного излучения • за счет иЕогопучкошто режима генерации, уменьшение характерных размеров областей дешшфиэациа в сечении пучка и, в тоже время, внесение клинообразной пластиной дополнительных внутрирезонаторных потерь сникало ИЩ лазера незначительно (на 10-20 2).

Распределение интенсивности по сечению выходного излучения лазера с ПЩ с использованием клинообразной пластины имеет характерную для лазеров в решке мпогопучковой генерации излучения мелкозернистую структуру [22а]. В результате такой лазер имеет достаточно однородное выходное излучение во всьм диапазоне изменения средней мощности .накачки за исключением области малых накачек 0<РК<£>,3«Р^, -где полосатая структура фазовых неодаородаостеа клинообразной нластиня проявляется в распределении интенсивности выходного излучения.

■ • Отметим, что расходимость» лазера с ПВИ иозпо управлять, если в его резонатор поместить клинообразную двулучепрелоиляицую пластину, сбогаючивазкциую угол ыевду обыкновенным и необыкновенным лучзми примерно равный расходимости выходного излучения лазера в отсутствие клина [23а]. В общей случае такой лазер генерирует три частично пэресекакцихся между собой пучка излучения, так что в одной плоскости ресходаиость излучения лазера примерно утраивается. С помощью управляющего фазового элемента (например, пластины Ä/4) можно управлять расходимостью выходного излучения. Такое управление можно осуществлять с большой скоростью, если воспользоваться для управления ячейкой Поккельса.

Высокие результаты по улучшению однородности излучения лазеров с БВИ дает метод временного усреднения поля выходного излучения, основанный на быстром (в течении импульса генерации) изменении по всему сечению внутрирез'онаторно'го излучения набега фазы от О до <1/4 127а). Достигается это, например, путем размещения в резонаторе дополнительной (покимо модулятора) ячейки Поккельса, на которую подается напряжение", изменяющееся от 0 до четвертьволнового за время

от начала до конца генерации гигантского импульса. В результате этого в каждой области поперечного сечения коэффициент отражения выходного зеркала за время генерации импульса излучения пройдет через все возмогите значения в пределах от О до I. В конечном итоге неоднородности интенсивности в сечении выходного излучения в целом за время длительности импульса усреднятся.

§ 3. Лазеры на основе кристаллов Сг:М:ГСГГ, Сг;М:ИСГТ с оптимизированными параметрами.

Наилучшие выходпые характеристики лазеров с ПВ',1 в условиях сильного тер!,юдву лучепреломления в АЭ были достигнуты при использовании зеркального резонатора с пластиной \/4 в кзчестзе управляющего фазового элемента (рис.4(11)) и активных элементов, вырезанных в направлении [ООП [21а, 24а] (табл. I, п.4). соответствии с выводами § I этой главы для реализации оптимального выходного зеркала в широком диапазоне изменения средних мощностей накачек оптические оси кристаллов пластины Я/4 и АЭ ориентировалась под углом 45° по отношению к плоскости пропускания поляризатором линейно поляризованного излучения.

В области малых ^ 50 Вт и относительно больших для применяемых кристаллов средних мощностей пакачек Рн^250 Вт, где неоднородности интенсивности в сечении еыходного излучения сравнительно невелики, удается достичь абсолютного КЦД ~ з,6 % при энергии ~ 0,46 Дг и длительности ~ 12 не импульсов модулированной добротности. Наибольшая частота повторения импульсов ~ 50 Гц без снижения КПД лазера ограничивалась пределом устойчивости резонатора, определяемом термической линзой в АЭ. Несколько меньшие значения КЦД и энергии импульсов излучения наблюдались в области 50^РН^250 Вт из-за существенных неодпородностей интенсивности в сечении еыходвого излучения. Дифференциальный КЦД лазера составлял ~ 5,6 3. Достигнутый КЦД лазера лишь не на много ю 2) был низе, чем з предварительных испытаниях АЭ в плоском высокодобротном резонаторе в реаиме свободной генерации.

Высокие выходные характеристики были получены такте при использовании в резонаторе ПВУ! призмы ПВО, выполняющей роль управляющего фазового элемента и одного из зеркал резонатора 12а, За]. Однако, в таком резонаторе наблюдалось некоторое снижение КПД

лазера, что, по-впдимому, связано с дополнительными потерями на рабочем ребре призмы. Использование такого резонатора и, особенно, прчзкекного резонатора, состоящего из двух скрещенных прозм, может обеспечить значительные преимущества при решении прикладных задач, где требуется' применение резонаторов нечувствительных к разыостировке (28а1.

Выводы к главе III.

1. Выполнены теоретические оценки и экспериментальные измерения коэффициента отражения эффективного выходного зеркала лазеров с различными типами резонаторов с поляризационным выводом излучения в условиях териодвулучепреломления в A3. Найдены конфигурации резонаторов, в которых реализуется широкий диапазон регулирования коэффициента отражения выходного зеркала. Экспериментально показано, что этот диапазон регулирования обеспечивает в режиме модулированной добротности оптимальные условия вывода излучения из резонатора в широкой области изменения средних мощностей накачек.

2. Показано, что в лазерах с ПВИ и АЭ с термодвулучепреломлением реализуется режим многопучковой генерации излучения. Установлено, что при достаточно больших средних мощностях накачек это способствует улучшению однородности выходного излучения таких лазеров.

3. Предложен метод пространственного усреднения неоднородностей поля выходного излучения, позволяющий изменять параметры режима иногопучковой генерации излучения и, тем самым, улучшить однородность выходного излучения лазеров с ПВИ.

4. Предложен метод временного усреднения неоднородностей поля выходного излучения лазеров с ПВИ, обесепечивалций сглаживание неоднородностей интенсивности в сечении выходного излучения •независимо от уровня термодвулучепреломления в АЭ.

5. Созданы Сг:№1:ГСГГ и Сг:Ш:ИСГГ лазеры с конфигурациями резонаторов ПВИ, обеспечивающими условия оптимального вывода излучения из резонатора в широком диапазоне средних мощностей накачек. В этих лазерах достигнуты высокие выходные характеристики: КЦЦ до 3,6 % при энергии импульсов излучения ~ 0,46 Дж и частоте повторения импульсов до 50 Гц.

- 27 -ГЛАВА IV.

ЛАЗЕРЫ С ПОЛЯРИЗАЦИОННО ЗАМКНУТЫМИ РЕЗОНАТОРАМИ.

§ I. Особенности и основные преимущества лсзеров с поляризационно замкнутыми резонаторами.

Поляризационно замкнутые резонаторы были предложены в [2Ээ]. В последующих работах [30а-35а] были продемонстрированы высокие характеристики лазеров на их основе. Различные схемы поляризациозно замкнутых резонаторов приведены па рис. 5(1-7). Всех их объединяет общий принцип построения. Каждый из ПЗР на этом рисунке мопю ааглядно представить себе состоящим из резонатора с поляризационным выводом излучения и зеркала, расположенного на пути выходящего из него излучения. Причем управляющий фазовый элемент резонатора с ПВИ обеспечивает поворот плоскости поляризации внутрирезонаторного излучения на 90°. Рассмотрим основные особенности этих резонаторов.

В отсутствие термодвулучепреломления в АЭ в резонаторах ПЗР (рис. 5) возбуждается линейно поляризованное излучение. которое при полном облете резонатора четыре раза проходит через АЭ, усиливаясь в нем. Деполяризация внутрирезонаторного излучения в термодвулучепреломляющем АЭ приводит к тому, что излучение мокет замыкаться не только в резонаторе с четырьмя проходами через АЭ (четырехпроходовый резонатор). Замыкаются такза резонаторы с двукратным и однократным проходом излучения через A3 (в дальнейшем эти резонатры будут называться линейным и кольцевым, соответственно).

Таким образом, поляризационно замкнутые резонатору при термодвулучепреломлении в A3 представляют собой систему, состоящую из трех ■ основных резонаторов- четырехпроходового, линейного я кольцевого, связанных между собой за счет деполяризации излучения г АЭ. Причем, устройсво резонаторов таково, что из них выходит только линейно поляризованное излучение с направлением поляризации соответствующем четырехпроходовому и линейному резонаторам. Деполяризованная часть излучения, многократно проходя через АЭ при пере отражениях от поляризаторов и зеркал, в конечном счнте трансформируется в излучение с поляризацией, оСеспечзгвагцей ее из резонатора.

При больших уровнях термодвулучепреломления Ееличгз:а деполяризации излучения а в сечении A3 может меняться в пределах ьт О

до I. Области в поперечном сечении ¿3 в которых излучение не деполяризуется а-0 и, где оно поворачивает плоскость поляризации на 90^ а=1. являются особыми для резонаторе« ПЗР и ПВИ. Особенности генерации л ¿зероа с резонаторами ПБИ, ПЗР и иоляризауаонно связанных резонаторов приведены в таблице 3. В областях сечения АЭ без двулучепрелоылешя сН?, в лазера с ПЗР осуществляется генерации с выводом излучения из резонатора через полупрозрачное зеркала К^О, тогда как в лазере с ПЕК происходит генерация с коэффициентом отрааешга эффективного выходного зеркала И0=1. т.е. излучение замыкается в резонаторе и ие выводится из него. Результатом этого является отсутствие в лазерах с ПВИ в областях сечения АЭ с а=0 выходного излучения, что в конечном счете ведет к более неоднородному распределению интенсивности по сечению выходного излучения в этих лазерах по сравнению с лазерами с ПЗР. В этом эашшчмтся основная причина более высокой однородности выходного излучения лазеров с ПЗР.

В зависимости от требований к параметрам лазера и условиям его применения определяется выбор той или иной схемы ПЗР. В случаях использования ГОР в лазерах, где требуется, напрсиер, высокая степень

Таблица 3.

ТЕП • резонатора величина деполяризации а наличие генерации } (с выводом "+" или без вывода излучения из резонатора)

'ПВИ 0 I есть 1 нет !

ЮР 0 резонатор 4-х ПрОХОДОВЫЙ есть "+" 1 есть 1

резонатор линейный кет

резонатор кольцевой нет

I резонатор 4-х проходов«® пат пет

резонатор линейный нет

резонатор кольцевой есть п-н

сраженной сширсшззацаа ютульсов кзлучеппя, предпочтительными явдяатся резонатора -рис. 5 (I, 1Т). В этих резонаторах есть участок, в котором распространяется только линейно поляризовзнное излучений к который яьлклтея обглм для четырахпроасдового п кольцевого

резонаторов. Эта особенность позволяет использовать в этс.<л .у г сто резонатора широко распространенные скоростные модуляторы линейно полярязоваттпого излучения, например, ячейку Поккэльса. В резонаторах рис. 5(111, 17, 7) для модуляции доброгаости наиболее употребим; модуляторы, не критичные к поляризации излучения. При необходимости возможно такге использование в этих резонаторах двух модуляторов линейно поляризованного '/злучгпия в различии ветвях резонатора.

Ç 2. Расчеты основных энергетических характеристик лазеров с ПЗР.

Основные энергетические характеристики лгггров с ПЗР (КПД, энергия пкпульсов выгодного излучения и т.д.) могут быть вшгаслены с помощью известных Формул 1231 при условии, если поляризациошо замкнутые резонаторы могут быть сведены к обычному двухзеркальному резонатору с эквивалентными значениями коэффициента отражения выходного зеркала Г^, суммарных внутрирезонаторннх потерь Т^, усилепия излучения па одип проход через АЗ и др. Такой пароход :: резонатору, эквивалентному поляризациопно ззгашутому резоистору, может быть осуществлен следующим образом [23э].

Пороговое условие для эквивалентного резонатора мояио записать в

вида:

е1,пЗ,к02 = 1- Г{2)

Найдем значение К^ в зависимости от велнчикк дзнолкржзацнк

излучения а в АЭ. Для простоты рассмотрим резонатор рас. 5(11) у

которого значение а постоянно в сечении АЭ (упрощенная схема теного

резонатора приведена на рис. 5(71)).

Предположим, что излучение с поляризэцией выходного излучения н

интенсивностью 10 направляется ог еыходного зекала в резонатор (си.,

например, рис. 5(11)). Это излучение после двойного прохода через АЭ

деполяризуется (ь* и расщепляется поляризатором на две компоненты с

взаимно ортогональными полярязпштлми, которые направляются по

различпьм путям в резонаторе. Недеполяриэдванш-я часть лалутанм,

после обхода линейного резонатора, усяллнвется я возвращается в

исходную точку около выходного зеркала с интенсивностью

, (3)

где К- усиление на проход излучения через АЭ; Тд и 2ц- пропускание на одг1 проход излучения через АЭ и модулятор; Т?- коэффициент отражения излучепяя от поляризатора; Л1, Д^- коэффициенты отражения

соответствующих зеркал ПЗГ рис. 5(71).

Деполяризованная часаь из. л ученая замшшется. в коль ,евои резонаторе так, Что после кэздого его полного обхода вследс. зш деполяризации в АЭ часть излучения достигает исходной точка вблизи выходного зеркала. Последовательность порта шггенсиьностей излучений, верн"вшихся в исходную точку у выходного зеркала после каждого последующего обхода кольцевого резонатора, будет

где Тп- пропускание поляризатором излучения.

Суммирование шггснсивностсй всех порций излучения, вернувшихся в исходную точку после обхода ПЗР (3), (4), позволяет оценать эффективное значение усиления на двойней проход излучения через АЭ

i, n А г и I- KMl^^.R^.S^.Tg

Совместное решение (I) и (5) дает квадратное уравнение для определения значения усиления в АЭ К0, при котором достигается ворог генерации лазера с ПЗР (рис. 5(11))

(6)

Отметим, что пороговое условие (6) может быть получено такие ипна способом. Предположим для простоты (не снижая общности полученных результатов), что длины линейного и кольцевого резонаторов (в- ГОР рис. 5(11)) равны незду собой. Компоненты излучения с ортогональными толярззвциями и интенсивности*® 1ц, 1р, вышедшие ез произвольной точки резонатора, вернутся в нее одновременно после полного обхода резонатора. В этом смысле поляризационно замкнутый резонатор noxos на обычный резонатор.

Однако, есть существенное от.тагтае, заклычэющееся в том, что посла кагдего цикла обхода рс-зонатора. каадея из компонент излучения п:оле .цеполлрлзацпв и усиления в АЭ порождает излучение на обоих

ортоганальпых поляризациях.

Величины интенсивностей взаимно ортогональных компонент излучения после полного обхода резонатора 1р1 и моаао вычислять проследив за распространением по резонатору каздой из компонент 1р и 1Г. Взаимосвязь интенсивностей компонент до и после 3-го обхода резонатора определяется системой линейных уравнений, которые могут быть представлены в матричном виде:

(7)

где Ц- матрица усиления. Полученное выражение (7) представляет собой обобщение выражения для усиления излучения за 3 циклов облета в обычном резонаторе 1^=(Кг»Н1»Н2)"'»10 на случай более сложного полярязационЕО замкнутого резонатора, представляющего собой систему из нескольких связанных резонаторов.

Порог условие возбуждения ПЗР (6) находится га услошш йей|ц-1| = О, где I- единичная матрица.

Суммарные потери излучения в ПЗР Т^, включакезе в себя полезны© потери связанные с выводом излучения яз резонатора и

внутрирезонаторпые потери, могут быть определены по потерю а которые испытывают каждая из компонент впутрирезонаторного жзлучвння за обход резонатора

(у1"^ = (9>

Изменение интенсивностей компонент 1р, 1П при обход резонатора кочио вычеслить с помощью соотношения (Б), полагая в кем К=1. Соответственно потери для каздой кз компонент будут

(10)

Соотношение между гнтенеясностями компонент излучения можно получить из (7) при К0

Система уравнений (9)-(П) позволяет расчитать полные потеря излучения в ПЗУ данного тана.

Полезные потери излучения Т^, связанные с выводом излучения из резонатора, в, соответственно, коэффициент отражения эффективного выходного зеркала ПЗР .1^=1-Тр, могут сыть вычислены по аналогии с приведенными выше расчетам суммарных потерь. Отличие заключается только в том, что в формулах (10) надо положить, что потери на оптических элементах резонатора отсутствуют Тр=Тп=Тд=Ту=1. При этом потери каддой из компонент будут

о

Т Г ^.НиШ-^) ♦ ? * " 3 - (12)

О

Вг-Яц1«-^' + ! * \ " и ] (13>

1-<1-а25)*к1,й11

Принимая во внимание эти соотношения, а также соотношения неяду интенсивпостями компонент (II), полезные потери могут быть вычислены по формуле

Значение величины Т^, и превышения накачки над порогом 1п К/1п К0 дозволяет с помощыо'известных формул 12, 23] вычислить КОД и энергию импульсов выходного излучения лазеров с ПЗР. Аналогичный алгоритм вычислений ыохет быть использован для расчета характеристик лазеров с использованием других схем ПЗР 123а] (рис. 5(11-17)).

В условиях реальных экспериментов с неоднородным распределением деполяризации излучения а по сечению АЭ с термодвулучепреломлением основные энергетические характеристики лазеров с ПЗР могут быть вычислены. если применить полученные ранее формулы к каждому лучу, при его многократном обходе резонатора и поперечного сечения АЭ в процессе генерации импульсов излучения (приближение лучевой оптики). Однако выполнение такой процедуры представляет собой сложную задачу. В большинстве практически важных случаев оказывается достаточным

оцепить основные лазерные параметры, принимая во внимаиле лишь среднее значение а по сечении A3.

В эксперимента! было исследовано поведение порога генерации и КПД лазеров с поляризационным еыводон излучения и соответствующих ем аналогов лазеров с ПЗР в зависимости от величины а- Было вайдепо хорошее соответствие результатов экспериментов с выполненными расчетами 123а, 32а]. Например, лазер с ПЗР при а=0 генерирует импульсы излучения с высокой энергией в отличии от лазеров с ПВИ. В конечной счете, это проявляется в значительно более однородном распределении интенсивности по сечению выходного излучения лэзеров с ГОР во всей области перестройки мощностей накачек.

§ 3. Генерационные характеристика лазеров с ПЗР.

Генерация лазеров с ПЗР с высоким КПД в режиме модулированной добротности при высокой импульсной и средней мощности выходного излучения возможна при условии низких внутрирезоноторных потерь и достаточно высоком пороге генерации лазера при закрытом модуляторе.

Требование низких потерь, вносимых в резонато оптическими элементами, особенно актуально для этого типа резонаторов. Согласно формуле (5), излучение при обхода ПЗР испытывает многократные потери на оптических элементах. Оценки показывают, что допустимой величиной для высокоэффективной генерации (с КОД составляющем 70-90 X от запасенной в A3 энергии) являются впутрирезонаторные потери на уровне 10-20 %, что примерно соответствует потерям TpiJTn«0,98 и Тд«Ту«0,97-0,99.

Линейный резопатор в ПЗР (см., например, схему рис. 5(1)) оказывается не перекрыт модулятором. Поэтому, для эффективной генерация лазеров с ПЗР такого типа в режиме модулированной добротности порог генерации линейного резонатора, определяемый поляризационными потерями излучения, проходящего через систему двух скрещенных поляризаторов и термодвулучепреломлязощего A3 мезду ними, должен быть достаточно высоким. Уровень порога д.лхеп быть по крайней мере таким, чтобы не ограничивать энергии моноимпульсов выходного излучения до значений, при которых наступаем лучевой пробой элементов резонатора. Проще всего это условие достигается при использовании A3, вырезанного в направлении [ПОП и ориентации его кристаллографических осей под углом 45° к направлению плоскости поляризации выходного

излучения. В широкой областа средних мощностей накачек t33a, 36а] это условие реализуется также для АЭ с ориентацией Ш1).

На основании приведенных выше результатов исследований были разработаны несколько модификация лазеров с ПЗР с использованием кристаллов Ш:АИГ; Cr:Ka:ItIT; Сг:Ш:ИСГГ ¡'ом. таблицу I п 5, 7). Наилучшие результаты были достигнуты при использовании АЭ из кристалла Сг:Ш:1'СГГ и ПЗР, схема которого приведена на рис. 5(1).

КПД лазера от энгргии, запасенной в накопительных конденсаторах, достигал. ~ 3,1 Ж при энергии импульсов выходного излучения ~ 0,4 Дж и длительности импульсов ~ 20 не. Частота повторения импульсов достигала » БО Гц. Эта велйчуна энергии импульсов была близка к предельно допустимому значению, определяемому лучевой стойкостью оптических элементов резонатора. Величина КЦД лазера при прочих близких условиях экспериментов была лишь на ~ 20 X ниже, .чем при использовании обычного двухзеркального резонатора. Такое уменьшение КПД лазера хорошо согласуется с величиной потетзь, вносшыии в резонатор использовавшимися оптическими элементами.

. Отметим,-что в некоторых приложениях лазер« с ПЗР (например, cxeua I рте. Б) могут бить использованы в режиме вывода джвгйно поляризованного излучения через два симметрично расположенных выходных зеркала 132а). В этом случае сумма энергий обоих импульсов достигает ~ ¡0.8 Дж при КПД «зги частоте повторения ~ 25 Гц. Цра необходимости, оба пучка могут быть сведены в один неполяризовашый с помощью дополнительного поляризатора. Такая схема резонатора позволяет повышать в двг раза выходную энергию излучения с одного АЭ ríe в лучевого пробоя элементов резонатора.

Выходные параметры Сг:Ш:ИСГГ- лазера сохраняются при изменении средних мощностей накачек до ~ G00 Вт. При этом мощность выходного излучения лазера достигает ~ 20 Вт.

Вцсокие выходные характеристики были получена при использовании поляризационно замкнутых резонаторов в Ш:АМГ лазере [29а]. Наибольшие достигнутые в ходе экспериментов значения КЦД ~ 1,4 % и энергии импульсов выходного излучения 240 мДж такого лазера оставались неизменными при частотах повторения импульсов по крайней мере до 100 Гц 'табл. I, п. 7).

- 35 -Выводы к главе 17.

1. Предложен новый тип поляризационзо замкнутых резонаторов для применения в твердотельных лазерах модулированной добротности с линейно поляризованным выходным излучением, обеспвчизэющих независимость КПД таких лазеров от ве.гачшш тернодвулучепреломлетта в АЭ при высокой однородности ¡штенсивпости в сечении выходного излучения в области средкнх мощностей накачек, значительно более широкой, чем при использовании резонаторов с различными видами компенсации тэрмодвулученреломлекпя в АЭ и резонаторов с поляризащаопшгм выводом излучения.

2. Разработан алгоритм расчетов основных энергетических характеристик лазеров с ПЗР в зависимости от величины деполяризации заутрирезонаторного излучения. Проведенные расчета подтверадзш экспериментальными исследованиями.

3. Установлены особенности доляризационяо замкнутых резонаторов, благодаря которым эти резонаторы обеспечивают твердотельным лазерам высокую однородность выходного излучения • "ззависпн® от уровня терлодвулучепреломления в АЭ.

4. Разработаны высокоэффективные лазеры с поляризацпонно закхнутыш резонаторами на основе оптически плотных активных сред. При использовании кристалла Сг:Ш:ИСГГ получены наилушие характеристики: КПД лазера до ~ 3,1 % при энергии иояошпульсов выходного излучения ~ 0,4 Дя и частоте повторения импульсов до ~ 50 Гц.

ГЛАВА V

ЛАЗЕ'РЮ - иадудаговлншг ЭФФЕКТЫ В КРИСТАЛЛЕ КТР. ШСОКОЭФФЕКГКВНОВ УДВОЕНИЕ ЧАСТОТЫ ИЗЛУЧЕНИЯ В КТР.

S I. Особенноий .уаео&идя частоты высокоинтенсивного импульсного излучения пеодимовых лазеров в кристалле КТР. •

Кристалл КТР по совокупности параметров, таких как относительная простотая и дешевая технология выращивания, высокая нелинейность, негигросконичиость, широкий угловой и температурный стхронизш и т.д., является уникальным материалом для удвоителей частоты излучения неодиы&вых лазеров 18-10, 31]. Уже на первых сравнительно небольших ио размерам образцам кристаллов, выращенных гидротеры льным методом [8, 31-33) и раствор-раснлавным методом [9, 10, 34-363, был продемонстрирован высокий КПД удвоения частоты, достигавший ~ 70-80 % [8, 9, 37-39, 2а, 37a-40aj. По мере совершенствования технологии выращивания удалось значительна увеличить размеры удвоителей tía, 38а, 40, 411. Тем .самым стало доступным использование этих удвоителей в лазерах с болыаама диаметрами сечений выходного многомодового излучения ГЗба, 40а-42а1.

Появление удвоителей частоты на основе кристалла КТР вызвало значительный интерес среди разработчиков аппаратуры, в которой необходимо использование высокоэффективных твердотельных лазеров с высокой частотой повторения импульсов и, в том числе, лазеров на основе оптически плотных активных сред. До. создания кристаллов КТР наилучшим удвоителем частоты для таких лазеров являлся кристалл DCDA, обеспечивающий довольно высокий КОД удвоения ~ 40-50 % при 90° синхронизме [423. Однако применение этих удвоителей сопряжено со значительными трудностями, связанными с необходимостью его нагрева, терыостабилизащш с высокой точностью (~0,05°С), размещением в герметичной капсуле (из-за его гигроскопичности). Хотя эти трудности технически преодолимы, это ведет к значительному услохненюо аппаратуры, снижению ее надежности и т.д..

Однако, в процессе эксплуатации первых образцов удвоителей на основе кристалла КТР выяснились следующие особенности, суха/яда возмсхности его использования.

I. Значительный разброс значений ворога лазерного пробоя в различных

образцах кристалла КТР [43, 47а3.

2. Образование в кристалле ЮТ в процессе ГВГ областей с поваленным значением поглощения излучения (образования "серых треков" (40]}. Тзкоа лазерно-индуцироваппог поглощение (окрэз.твапзе; кристаллоч ЕГР привадит к снижению КПД удвоения частоты, к их дополнительному нагрзву и, в конечном счете, мохет вести к деградации их свойств.

3. Неоднородность оптических свойств в объеме кристалла.

В связи с этим но пути репз?)ШЯ проблемы создания высококачественных удвоителей частоты па крястзллэ КТР псьш ресалзсь следующие задачи.

1. ¿нализ больпого количества вырэщеншсх ь различных условиях образцов кристалла КТР с целью выявления кристаллов с наилучшими для удвоения частоты характеристика?.®. Заработка критериев качества кристалла К7Р, как удвоителя частоты паодимовых лазеров.

2. Сравнение лучших образцов кристаллов КТР с образцами кристаллов, выращенных в серии экспериментов о контролируемо изменяемыми параметрами условий роста кристаллов.

3. На базе этих исследований выбор наиболее чэрспекткьннх направлений улучшения условий роста кристаллов. Выработка рекомендаций по усовершенствованию технологии внрещиванЕЯ кристаллов КТР для высококачественных удвоителей частоты.

Оценка качества и энализ свойств кристаллов КТР в кашах экспериментах осуществлялись по следующим параметрам.

1. ИЩ удвоения частоты излучения. Его значение определялось в экспериментах с использованием лазеров, генерирулши па одной

поперечной моде, либо при воздействии узких пучков с однородны!,I распределением интенсивности по сеченшэ и -малой расходимостью [38а].

2. Однородность оптических свойств. Эти параметра оцзшгаалзсь по [43а]:

- изменении КОД удвоения при коллипеарпоп скаппровашш узкого пучка пзкэчки в поперечном сеченш: удвоителя (оптические неодпородтстп);

- наличию дополнительного иакекмуш в угловом синхронизме (паличие доменов*;

- электрическому отклику различии домэнов на к'пульс мехагаяеекого воздействия.

Спектра поглощения (отражения) в видимой и Ш областях спектра СЗЭа, 43а 1.

4- Величина индуцированного поглощения (окрапивания). Этот параметр определялся по поглощению- воздействующего на кристалл излучения на его длила I см [44а).

Б. Изменение показателей преломления кристалла под действие^ лазерного' излучения (фоторефрактивяый эффект).. Контроль осуществлялся поляризационзо-оптаческим методом 144, 45эЗ.

6. Спектра электронного парамагнитного резонанса С46а1.

7. Лучевая стойкость [За, 39а).

б. Ресурс работы преобразователя. Ресурс определялся количество^ импульсов после действия, которых происходила деградаций свойств удвоителей, приводящая к значительному снижена» его КПД удвоения.

5 ?.. Лазерпо-ипдуцироватшое поглощение (окршпааготе) и фоторофрактазпый эффект р кристалле КТР.

В объеме кристалла КТР, где происходит ГВГ, образуется область ё поглощеш .и излучения в пяроком спектральном интервале видалого й блиглаго У® дзлученкя [401. Окрашивание кристаллов КТР связано v фотовбзбуадением носителей зарядов лазерный излучением с последующ®! тк захватом либо из примесные уровни, либо па дзффекти ярио.шшгчйскоА катргцы [44, 41а, 46а].

■ Исследованию е|фекта индуцаров-нного поглощения в кристалле Г.. F посвящены пэшогочисле^ише работы [46-48]. Наиболее подробная вспледовашя этого эффекта были проведены в 143э, 44s, 47а, 48а). В экспериментах псслздовалось поглощение проходящего через кристагй лазерного язлучаяая в зависимости от длзны волпи и интенсивности :этого излучения.

2.1. Спектральная зависимость индуцированного поглощения.

ЭзспзрЕкенты осуществлялись при действии шпуль сов излучения ей длше волны геппрзц.ш в второй гармоники неодаковых лазеров. Крскь-toro, кссделсявивя проводились таккз в области перестройка длин вола генерация SS0-88C па к удвоенной частоты 370-440 ям клавшегося в яетем распоряженья лазера ns тнт-аш 147а].

Характерные значгция индуцированного лазерным излучением поглощения в .рззличшп образцах кристаллов КТР в зависимости от даны волен и интенсивности воздействующего излучения приведены в таблице 4. Окрепзватю кристаллов iCTP начинает заметно проявляться лясь при дллюх волн излучения, короче ~0,7 мк.ч. Это зе&чяеие длины волны примерно соответствует двухфотонноыу поглощению в cpahjH края Фундаментальной полосы поглощения, чем, по-видимому, похпо объяснить эффект окрашвэпия и его усиление при дальнейшей укорочении длины волпи. Следует отметить, что даже в наилучазх кристаллах KIT при достаточно большой интенсивности излу енпя, заметно проявляется эффект окрашивания (см. таблицу 4).

При плавной перестройке длили волны в диапазоне 0,37-0,44 i'.ks.i бипа исследована тонкая структура спектральной зависимости лазерно шздуцарсванпого поглощения. 3 этих спектрах, по-видимому, проявляются примасппз энергетические уровпа, расположенные на крзю фундаментальной полосы поглощения.

2.2. Идентификация цептров окраски.

Опрапивапие кристаллов КТР в процессе генерации второй гармошки в 1431 было объяснено образование» электроетшх Т1 центров. Исследования о помощью метода электронного парамагнитного резонанса (ЗИР) косвенны!! образом подтвердило наличие этих центров (46а, 47а 3.

Исследования методом ЗПР значительного количества . образцов красталло ЮТ показало наличие в них алюмокнслородаого дырочного центра 0~-А1, который образуется при захвате даркя на кислород О2-, соседствующий с А1 [41а, 46а]. Алюминий, со-вадамоиу, входит в решетку КТР па место титана и, могет бнть, фосфора (при соответствующей локальной зарядовой компенсации). Идентификация алюминия, как примеса ведущей к образованию центров окраски, стимулировало попек причин, приводящих к загрязнению раетвора-рзсплава при вырзщзвашга кристаллов КТР. В результате источник загрязнения Сил найден н устранен, что привело к существенному улучшению качества кристаллов. Однако, следует отмстить, что идентифицируемые центры окраски не печерпквэьт всех возможностей. Представляется вероятным образование центров окрас ¡га также с участием атомов марганца, хрома, гелазз т.д..

- 40 -

2.3. ФоторефрактиввыЗ аффект в КГР.

Фоторефракттшый эффект, или, иными сдоваьи, оптически ¡¡шдуцнрсваппое изменение показателей преломления, может в некоторых случаях существенно ухудшать генерационные характеристики удвоителей частоты. Например, наиболее ярко этот эффект (optical daaags) проявляется в широко распространенных удвоителях частоты пз кристаллов ниобата лития .[453. Ухудшение расходимости выходного излучения при ГЕГ пикосокундных импульсов в кристалле КТР, связанное, по ынению авторов, с фоторефракцией, наблюдалось в £50).

Отсутствие информации о величине фоторефрактивного эффекта при ГВГ от излучения лазеров с модулированной добротностью стимулировало наши исследования в этом направлении. Измерение изменения показателя преломления кристалла КГР ДП=Д(П2 - п^у) осуществлялось с помощью поляризационно-оптического кетода. Ошибка определения величины Дп в процессе экспериментов не превышала tl,5«10 .

Наибольшая зарегистрированная в наших экспериментах величина фоторефрактивного изменения Дп достигала значений Дп^~ -(2-2,5)«I0"G. Столь незначительная величина эффекта не может оказывать существенного влияния на процесс ГВГ в этом кристалле. Это одно из существенных преимуществ кристалла КТР, как удвоителя частоты, по сравнению, например, с кристаллом ниобата лития, где фоторефракция является одним из основных факторов, ограничивающих его применение. Незначительная величина фоторефракции в кристалле КТР, по видимому, связана преаде всего с малостью сегнетоэлектрического поля в нем (в ~ 20 раз пенька, чей у ниобата лития).

6 3. Лазерный пробой в кристаллах КТР.

Лучевая стойкость удвоителей частоты из кристалла КТР приводится во многих работах (1а, 8, 9, 43]. Однако, как отыечалось ранее, разными авторами подучены различные значения лучевой стойкости. В связи с этим возникает необходимость оценки реально достилшого уровня лучевой стойкости кристаллов КТР, который хорошо воспроизводитсп при росте кристаллов и, в то ке время, достаточный для высокоэффективного удвоения частоты излучения лазеров с высоко® импульсной и средней мощностями выходного излучения. В этой связи такse представляется необходимым выработка алгоритма неразрушающего

контроля качества кристаллов КТР, в том числе, их лучевая стойкости. Гепешпо этих вопросов посвящены проведенные в [33а. 47а) исследования лучевой стойкости кристаллов КТР в процессе генерации еторов гармоника, а также при действии отдельно только излучения на основной частоте или излучения кто}.ой гармоники.

В результате этих исследований были установлена следуюищй особенности:

1. При ГЕГ порог лазерного повреждения КТР при прочих равных условиях связан с величиной наведенного в кристалле поглощения. Хорошо прослеживается качественная связь мезду сн меняем порога лазерного пробоя при переходе к кристаллам, в большей степени окрашивающимся под действием излучения (см. твблпцу 4;.

В лучших кристаллах порог разрушения достигает 700 МВт/см* (на основной частоте) при КПД удвоения > 60 Ж, длительности лазерных импульсов ~ 20 не .и накачке излучением одномодового лазера. Следуег отметить, что появление в некоторых случаях пичкоеой структуры в импульсах излучения накачки может существенно исказить оценку лучевой стойкости кристаллов, что, по-видимому, отчасти объясняет отличие упомянутых выше данных по лазерному пробоя.

2. 'При действии лазерного излучения только на основной частоте (без генерации ГВГ) разрушение кристаллов происходит, в основном, на входной поверхности при пороговых интенсивности! импульсов ~ (2-2,5) ГВт/стГ.

3. При действии на кристялп КТР только излучения с длиной волны второй гармоники (с поляризацией перпендикулярной оси Z), лучевая стойкость достигает значений - ООО МЕт/см". В этом случае также проявляется тенденция к увеличению порога пробоя в кристаллах с меньЕим окрашиванием. Характер пробоя и его локализация в кристалле примерно токае же, как при ГВГ. Разрушение кристалла происходит греичудаствепно б объеме (в большинстве случаев на ранней стадии разрушегая в виде нитей самофокусировки) или на его выходной поверхности.

4. При достаточно большой интенсивности излучения накачки удвоение частота в большинстве кристаллов КТР сопровождается также генерацией третья гармоники. Наибольший рффект утроения частоты с КПД до ~ 0,02 % наблюдается в кристаллах с большой величиной индуцированием поглощения.

На основании этих экспериментальных данных можно сделать народ

что порог разрушения удвоителей частоты на кристаллах КТР определяется интенсивностью излучения второй гармоники в сочетании с излучением на основной частоте. Поскольку интенсивность второй "¿'армовики ггрл! ГЕГ достигает наибольших значений вблизи выходной поверхности, соответственно в этой области, в основном, происходит его разрушение. В кристаллах КТР, которые сильно окрашиваются при ГВГ (см. § 2 этой, главы), лучевой пробой облегчается ■ благодаря образованию дополнительных примесных уровней на краю фундаментальной полосы поглощения излучения. Наличие этих уровней в конечном счете ьедет к увеличению нелинейной восприимчивости 151] и, тем самым, способствует снижению ■ порога самофокусировки излучения (соответственно снижению лучевой стойкости) и увеличению интенсивности генерации третьей гармоиики.

Наблюдающаяся в экспериментах взаимосвязь между снижением порога лазерного пробоя и увеличением величины индуцированного поглощения, а Также эффективности генерации третьей гармоники может быть использована для осуществления неразрушающего контроля качества (оценки лучевой стойкости, индуцированного поглощения) кристаллов КТР. Сравнивая пс; интенсивности генерации третьей гармоники исследуемый кристалл с предварительно отобранным образцовым наилучшего качества кристаллом с высокой долей вероятности можпо спрогнозировать (по полученным ранее на образцах других кристаллов соответствующих зависимостей) ' степень подверженности кристалла окрашиванию под действием излучения и порог лазерного пробоя этого кристалла (см. табл. 4).

Анализ Бсей совокупности полученных . экспериментальных данных позволяет провести классификацию по качеству кристаллов КТР с точки зрения их применимости в качестве удвоителей частоты (табл. 4). Кристаллы наилучшего качества обладают сочетанием лучших значений контролировавшихся параметров. Они характеризуются большим ресурсом работы в лазерах, генерирующих импульсы модулированной добротности с больной интенсивностью (до лучевого пробоя при ~ 700 МВт/см-0) и высокой средней мощностью выходного излучения (по крайней мере до нескольких десятков Ватт) при еысоком КОД удзоения Гв зависимости от расходимости излучения до 70-50 %) (табл. 4, п. 1). характерная г.* личин а индуцированного поглощения при ГВГ в таких кристаллах достигает 7-2 i/см'при накачке ~ 150 МВт/см".

Кристаллы по мэре снижения качества характеризуются увеличением

индупированного лазерным излучением поглощения и снижением л.уч~воЗ стойкости. Соответственно, снижаются допустимые для эф^ектиг.ног работы удвоителя значения интенсивности и средней мощности накачки. При этом, однако, КПД удвоения частота в кристаллах высокого и среднего качества может быть достаточно велик (табл. 4 п. 2, 3).

5 4. Неодимовые лазеры с высокоэсМектавным удвоением ч.чстоть: в кристалле КТР.

Создание высококачественных кристаллов КТР больших размерив потребовало значительных усилий по совершенствованию технологии их выращивания. В результате этих работ на сегодняшний день доступами являются высокоэффективные удвоители частоты с размерами Iü»Ю-10 мм и более На, 38а, 47а, 40, 411.

Предельные возможности с точки зрения получения максимального КПД удвоения частоты в кристалле КТР исследовались б различных работах [S, 9, 37-39, 37а-40а3. В кристалле КТР длиной I см ripu плотности мощности накачки более - 60 ЫВт/см^ достигнут КПД ~ 80 % tía, 38а1 (см рис. 6 кривая I). Накачка осуществлялась специально сформированным узким, однородным и с малой расходимостью лучком Сг:М:ИСГГ лазера. При использовании для накачки многомодового лазерного излучения с расходимостью до 15-20 угл. мин, КОД удвоения частоты несколько уменьшается, однако продолжает достигать значительных величин > 50 " (кривая 3). Отметим, чт.о кристалл КТР демонстрирует значительно более высокие характеристики, чем интенсивно вытесняемый из практических приложений удвоитель на кристалле DCDA (кривая 3).

При .решении проблемы создания импульсно-периодических неодимовнх твердотельных лазеров с высоким КПД в широком диапазоне изменения средних мощностей выходного излучения перспективность совместного использования лазеров на основе оптически плотных активных сред и удвоителей частоты на КТР была показана в [За, На, 36а, 43а, 4«, 33]. В экспериментах использовались ьиоокоэФ<[йктявные Сг:№!:ГСП\ Сг:К(1:КСГГ лазеры на основе модулятора НПЮ, модулятора в петлеобразной част;; резонатора, резонатора с поляризационным е-лодо.ч излучз~,:л. поляризациокно замкнутых резонаторов (ом. предудаслг глаш >. Во всех этих случаях уд^вдтедь на КТГ д&монстрировйл кпд пресбро-.лспййя ве ,мек?? 50 % прк кнгевсивностя нзкачкя &/г.чч 3G-&0

МВт/с-м" (см. рис.. в). Энергия импульсов излучения второй гармоники достигала <■■?>,?Л ¿U: при выходном сечении излучения О 6,3-6 мм. '•ЬиСольший 1СП.Д. лазера на удвоенной частоте ~2,4 % излучения стирался при использовании Сг:Ш:КСГГ лазера на основе модулятора ТТПЗО [Uni, что значительно превосходит КПД лазеров с ламповой накачкой нп основе других активных и нелинейных кристаллов.

Возможности увеличения КЦД лазеров на основе оптически плотных активных сред с удвоением частоты в кристалле КТР еще далеко не исчерпаны. Представляется реальным достижение е ближайшем будущем КПД лазеров на основной частоте fis 10-20 не) до ~ 6 X и частоте второй гармоники евшее 3 2. Появление таких лазеров открывает широкие перспективы создания на их базе принципиально новых лазерных приборов нового поколения.

Выводы к главе У.

1. Исследованы лазерно-индуцированные эффекты (окрашивание, фоторефракция, лазерный пробой) в кристалле КТР.

1.1. Установлено, что значительное окрашивание кристаллов КТР в процессе ГВГ при относительно небольших интенсивности излучения обусловлено в основном наличием различных примесей. В частности, методом электронного парамагнитного резонанса идентифицирован алюмокислородный дырочный центр 0~-А1, дающий существенный вклад в окрашивание.

1.2. Установлено, что фоторефрактивное изменение показателей " преломления в кристалле КТР сравнительно невелико ~ 2>10~6

(при интенсивности излучения второй гармоники £300 ИВт/см*') и практически не может оказывать существенного влияния на ГВГ. в импульсно-периодических лазерах с модулированной добротностью.

2. На основании исследований лазерно-индуцированных эффектов, а также оптических к генерационных характеристик в кристаллах КТР, взращенных в различных условиях, выработаны:

- критерии качпетва кристаллов КТР. как эффективных удвоителей частоты неодамовых лазеров;

- рекомендации по усовершенствованию технологии Еырещиваная крупных (более Ю-Ю-Ю мм) высококачественных кр/гталлов КТР, «:Л?спе*ч1»эюагх КИЛ у лоджия частоты многемодовах

- 45 -

¡¡шрокоапертурных лазерных пучков до ~ GO %.

3. Создано несколько кодификаций лазеров на основа оптлчеая плотных активных сред и удвоенна частоты излучения в кристалле ИГР. В Сг:Ш:ГС1Т и Сг:Кс1:ИСГГ лазерах на длипэ волаы второй гармоники достигнут рекордный для неодиыовых лазеров с ламповой накачкой КПД ~ 2,4 % при энергии выходных импульсов ~ 200 иДз к частоте повторения до 50 Гц. Показаны преимущества и перспективы дальнейшего повышения КОД лазеров такого типа.

- 46 -ГЛАВА VI.

ЛАЗЕР» ДЛЯ ППааЗИИЯ 3 Д1ТОТРЛ1СИИ.

9 I. Нзодкь'оваз лазеры с удвоением частоты.

I.I. Особенности ксцальговатая лазер-эв в литотрипсии.

Одним кз вашейшх сэиравданзй лазерной медицины является интрэкорпоральпзя и экстракорпоральная лптотрипсия 152]. В дайной главе приводятся результат по разработке л применению оригинальных лазерных лятотрипторов. Лятогршггорц выполнены с использованием результатов исследований по разработке лазеров, приведенных в предыдущих главах.

Основными условиями применимости па практика лй„грнш; кетодез дробленая канной являются:

-высокая производительность разрушения каплей пз достаточно мелкш для вывода из организма осколки;

чшшашьноо повреждение лазерным излучением охрукащцих кс-йшь ткяней человеческого телз.

Эти условия накладывает на пряменяеказ в интракорпоральной лзготрапеш лазеры следуюда ограничения:

1. Длина вата излучения лазера додааш хорошо поглощаться в иатераала какней.

2. Средняя мощность лазерного излучения на дистальпоы конце водоэта не должна превышать значений ~ 1-3 Вт, определяющих границу поЕрегденЕй при перегреве излучением округаюцих камень тканей (коагуляцияЬ

3. Параметры выходного излучения лазеров до.шш обеспечивать падекауи (без разрупения волокна) доставку этого излучения по гибкому световолокпу с диаметром 200 ккм и более.

Существующие в настоящее время лазерные литотрипторы на освове пеодоювых лазеров, лазеров на красителе, лазеров на александрите [52-55] п др. ь большей или меньшей степени удовлетворяют иеречаслешйм требованиям i Однако, несмотря па разнообразие применяемых в медицинской практике лазеров, продолжает оставаться актуальным создание делового, компактного, простого а надежного в эксплуатации лазерного литотрипторз, .обеспечивающего высокую производительность разрушения камней различного химического состава н

механической прочности.'

Одааи из перслиитпжих путей создания лнтотрашгора о улучшевьыж эксплуатационными параметрами является усовероенствовзниэ пеодановогс лазера tES-ES] нуте» увеличения длительности его выходных мопопшгульссв 150а, 52а). При этон значительно уменьшается вероятность разрушения волокна и расширяются возможности его применения' в литотрппсии.

1.2. Лазеры с перестраиваемой длительностью импульсов излучения и удвоением частоты в !ЯР.

Увеличение, длительности лазерных импульсов твердотельных лазеров üoxst быть осуществлено различными способами 153, G0, На, 50з-52пЗ. Основные схемы использовавшихся для этого резопэтсров приведены на рис. 7. Наиболее просто при нздегной работе лазера это может быть достигнуто при использовании достаточно длинного резонатора. Однако удлинение резонатора Находится в противоречия к tj бовзговэ компактности аппаратуры. Отчасти для преодоления этой трудности, пани был Dj .даозен Нй:АйГ лазер с поляризашонйо замкнутом резонатором [51а1.

1.2Л. М:А)ТГ лазер с полярлзацпоино замкпутны.резонатором^

В лагере использовалась оптическая схемз , исляргзацнотю замкнутого рэзоаоторз, приведенная на рте. 5(1) 151а, 52э). ВнеЕний вид лазерного литотриптора приведен па рис. 8. В кольцевой чести резонатора уезду активным элементом и поляризатором размещалась лшшя оптической задержки длиной ~ 8 м Благодаря четырехкратному проходу излучения через лпнив задержки аффективная длина резонатора увивалась я составляла ~ IG а. Радиуса кривизны зеркал резонатора а расстояния между пяии полспрались tdkitm образом, чтобы реализовалась устойчивая волукоиФокальная конфигурация резонатора, обеспечивающая готов. .здьнке потере и достаточно высокую векратичность к разъзстярсвке зеркал резонатора. Уодуляцгя добротности осуществлялась полуволновой ячейкой Поккельса вз кристалле ESDP. в лезерз использовался . одпопрозодовий усзлнтель. котори* позволял нзаепять эяергни выходных ишульсоч в широких пределах лрзктпчесЕз бчз иггэЕ&няя ' ферс/ч, длительности и расходимости тжсдшпс импульсов геаерзторз-

Основные характеристики лазера приведены в таблице 2, а.3 ш па рас. 9.

!1аиСолызя. длительность выходных ищу ль сов ~ 800 не . паблэдалась прк небольших превышениях (< 1,5-2 раза) накачкн над ее пороговым звачением. С увеличением превышения накачки над порогов (в 2-3 раза) на фоне колоколообразпой огвбахцай гашульса генерации • начинахт проявляться 4-6 юшульеов со значительной амплитудой. Длительность каждого из этих пичков составляет ~ 20-40 ес. Расстояние между пикагш практически одинаково ~ БО не и соответствует времени облота резонатора, что объясняет ех наличие частичной синхронизации «од, характерной для длшшгх резонаторов.

Прп дальнейшем увеличении превыпенля накачка над норогон происходит увеличение амплитуда пиков, укорочение их длительности, а такзе искажение формы импульсов в целом. Фактически лазер генерирует пачку из 3-Б гигантских импульсов с длительностью ~ 20 не.

Особенностью лазера является малая расходимость (<1 мрад) его выходного излучения, что облегчает эффективный ввод этого излучения в волокно с малым диаметром ~ 0,2 ш.

КЦД удвоения частоты в кристалле ЮТ длиной ~ I см варьировался в пределах от 40£ (в резткз генерации пачки ыоноямпульсов) до ~ 102 при наибольшей длительности импульсов.

Такш образом, разработанаый лазер позволяет просто изменением величины накачки генератора изменять длительность лазерных импульсов в широких пределах. Кроме того, возможен режим генерацин пачки из нескольких гигантски импульсов. В целом это делает его гибким инструментом при выборе оптимальных режимов разрушения кашей различного типа.

1.2.2. на:АИГ лазер с модуляцией вращающейся призмой. .

Для получения длинных импульсов излучения без пичковой структура был использован лазер с длинным резонатором и модулятором на основа вращажщзйся призмы полного внутреннего отражения (таблица 2, п. 4). Резонатор длиной ~ 4 и состоял из нескольких зеркал с радиусама кривизны отражающих поверхностей, обеспечяваюкнмг лазеру устойчивую конфигурации (рис.С.П). При угловой скорости вращения прлзга ^ 40 11; лэлер генерировал иглаульси излучения гладкой (беспичковой) кг. около образной формы длительностью ~ 100-120 не.

. Длительность икнулбсов выходного излучения лвзера могла варьироваться. Для этого на выходе лазерэ устанавливалось дополнительное выходное зеркало (лазер перестраивался в реяаме кногопучковой генерации (см. главу II § 4)). Путем изменения накачки, скорости вращения призмы, времени задержка момента включения добротности длительность импульсов излучения может изменяться в пределах ~ 0,1-0,5 мкс.

1.2.3. Лазер с волоконно-оптическим удлинением резонатора.

В таком лазере (рис. 6(Ш)) энергия импульсов излучения достигает ~ 100 нДя при длительности импульсов ~ 500 не и длине волоконной линии задержки ~ 20 м (диаметр волокна- 300 ыкм). Лазер некритичен к разъюстировке и обеспечивает высокую однородность выходного излучения. Основным недостатком этого лазера является болькая расходимость ~ 17 стад выходного излучения, что затрудняет получение высокоэффективного удвоения частоты.

1.2.4. Сг:М:ИСГГ лазер с управляемым коэффициентом отражения выходного зеркала.

Длинный импульс излучения модулированной добротности в коротком резонаторе мояет быть получен при реализации выходного зеркала с изменяющимся во времени коэффициентом отражения 159, ВО, На]. Наш был создан лазер с простой схемой резонатора с переменным коэффициентом отражения выходного зеркала на базе модулятора НПЕО (см. главу 2, § 3). В Сг:Ш:ИСГГ лазере с использованием такого резояат.ора реализуется плавная перестройка длительности импульсов излучения в пределах от 100 до 1000 не при высоком КПД (до 6,5 %) и больших энергия импульсов выходного излучения (табл. I, п.I; табл. 2, п. 5). При удвоении частоты излучения в кристалле КТР длиной I см с использованием 2-х кратного телескопа (для увеличения интенсивности) удается достичь КПД удвоения в пределах 15-40 % в области перестройки длительности аашульссз. Это позволяет обеспечить энергию выходных импульсов на удвоенной частоте

до ICO ыДя, что практически не уступает лазерам на красителе 161, 621.

Газработзнцый лазер с ИНПВО позволяет реализовать на его базе литотриптор с уникальными (по весу, габаритам, " надежности и производительности) параметрами.

1.3. Неодимовый лазер на стекле.

Возбуадение мощных ударных волн для экстракорпоральной литотрипсии [63, 64) может быть осуществлено при поглощении импульсов лазерного излучения в сильнопоглощахщей это излучение гидкости [57а], металлической мембране [65] и т.д.. Для этого необходимы импульсы лазерного излучения наносекундной длительности с энергией значительно большей, чем обычно используется в интракорпоральпой литотрипсии. Этим определяется выбор для наших исследований лазера на стекле с неодимом, обеспечивающего достаточно большой уровень энергий выходных импульсов (табл. 2 п.6) [53a-5Sal.

В лазере, собранном по схеме генератор-усилитель, использовались активные элементы из стекла ЛГС-22 с размерами 017.270 мм. Модуляция добротности осуществлялась полуволновой ячейкой Доккельса па кристалле DKDP. Энергия импульсов выходного излучепия варьировалась в пределах до 10-30 Дх при длительности импульсов ~ 25 не (табл. 2, п.6). Излучение лазера поглощалось в тонком слое специально подобранной жидкости. Радиус кривизны поверхности этой кидкости (слой жидкости располагался между концентрическими сферическими поверхностями вогнутой и, соответственно, выпуклой линз) обеспечивал фокусировку ударных волн в пятно с размерами ~ 2-3 мм на расстоянии ~ 5-10 см. Эксперименты продемонстрировали высокую производительность разрушения камней [57а].

К сожалению, частота повторения импульсов излучения лазеров на стекле мала из-за низких теплофизических свойств лазерных стекол. Однако, относительно небольшое количество импульсов, необходимое для рязрувения камней, позволяет использовать лазер в режиме генерации короткой последовательности импульсов в течении небольшого промежутка времени-пока термоептические искажения в АЭ невелики Í54al.

Значительное увеличение количества импульсов ' в серии и, соответственно,, расширение возможностей лазерного литогриптора может быть достигнуто при использовании охранного радиационного нагрева излучением ламп накачки окрухащаго активный элемент тонкого слоя специально подобранной жидкости С58а, Б9а).

§ 2. Результаты испытаний лазерных литотрипторов.

Основными параметрами, характеризующая возможности лазерного дятотраптора, являются [52а]:

-производительность разрушения камней Д=га/И, где и-масса всех осколков шпл, образующихся в результате действия И лазерных импульсов;

-пороговые значения энергий импульсов излучения Ор и Од при превышении которых начинается разрушение камней и днстэльного конца волокна, соответственно;

-интервал допустимого изменения энергии лазерных импульсов

¿СМЗв-Ор.

Эксперименты показывают [50а, 52а], что существует значительное количество типов камней, поддающихся разрушению в широком интервала энергий ¿0 с достаточно большой для практического использования производительностью. Это презде всего камни желчного пузыря, а такта некоторые типы почечных кашей я камней из мочеточника. Производительность разрушения этих камней с помощью разработанных литотрипторов достигает долей и единиц мкг/икп, что обеспечивает длительность процедуры разрушения камней о характерными размерами ~ 10« 10«10 мм за время 1-5 мин.

Все эти типы камней обладают зачетным поглощенном излучения на основной и удвоенной частоте неодимовых лазеров 1663 и имеют сравнительно невысокую механическую прочность.

Выяснение вопроса о зависимости основных параметров процесса разрушения камней от длительности лазерных импульсов в макросекувдном диапазоне (лазеры на красителе) посвящено значительное число работ 153 , 673. Разработанные наш неодиыовые лазеры с перестройкой длительности импульсов позволили провести такие исследования в широком диапазоне более короткие длительностей от 15 не до 800 яс.

В ходе экспериментов были определены отнегегтая величин Ор, % г ДО для различных тилсв кзмней, при действии штулъсов с дтиалюз

(~300 нс) и короткими (~ 15 не) длительностями. .В обоих случаях использовалось волокно с диаметром ~ 0,4 мм. Оказалось, что отношения измеренных величин примерно одинаковы для различных типов камней, хотя абсолютные значения величин существенно отличаются. Отношения для величин Од и 0в1 оказываются с хорошей точностью пропорциональны корню квадратному из отношения длительностей импульсов. Что- касается рабочего диапазона энергий ДО, то его увеличение с ростом длительности импульсов происходит значительно медленнее.

Анализ всей совокупности экспериментальных данных, в частности, примерно квадратичный характер роста производительности разрушения Д в зависимости от энергии лазерных импульсов, указывают на существование области изменения энергии импульсов, где наблюдается пропорциональность величины Д произведению интенсивности I и энергии О лазерных импульсов так, что Д ~(1-10)»(О-Ор), где 10- пороговая интенсивность лазерного пробоя. Эта взаимосвязь подтверздается также примерно корневой зависимостью основных параметров Ор, Оц от диаметра волокна. Надо отметить, что все упомянутые выше зависимости из-за неоднородностей оптических и прочностных свойств камней имеют статистический характер, результаты усреднены по многим измерениям. В отдельных экспериментах значения измеряемых величин Д могут отличаться в несколько раз.

8 3. Волоконные наконечники.

Существует значительное число типов камней (например, моногидрат оксалата кальция, камни мочевого пузыря и др.), которые являются механически прочными и слабо поглощают излучение неодимовых лазеров Г52а1. Разрушение таких камней возможно, однако сопряжено с риском разрушения дистэльного конца волокна и связанных с этим опасностей попадания острых его осколков в человеческий организм.

В этих случаях в некоторых выпускаемых литотрипторах (например фирмой МВБ ФРГ на основе неодимового короткоимнульсного лазера) применяются волоконные наконечники [681, предотвращающие разрушение конца волокна.

Нами предложен волоконный наконечник с улучшенными характеристиками 160а]. Наконечник устроен и работает следувдим образом. На конец волокна надевается и фиксируется цилиндрическая трубка, внутри которой располагается металлический стержень с

возможностью перемещений вдоль нее. Перемещение стержня вдоль трубка в обоих направления!) ограничивается. Выступающий из трубки конец стертая заостряется. Пружина фиксирует первоначальное положения ствркпя с минимальным расстоянием до торца волокна.

В результате действия высокоинтенсивного импульса лазерного излучения вблизи торцевой поверхности металлического стержня в жидкости образуется плазма [63, 64], объем которой с большой скоростью расширяется. Стержень получает механический импульс в направлении распространения излучения. Стержень ударяет сзоим острым концом по камню и вызывает его разрушение. Пружина возвращает стержень в исходное положение.

Волоконный оптико-механический наконечник был разработан и изготовлен под волокно типа кварц-кварц с центральной частью диаметром 0,3 им и 0,4 мм. Корпус наконечников изготавливался из бронзы и нержавеющей стали с креплением за полимерное защитное покрытие цанговым зажимом. Размеры наконечников для обоих диаметров применявшихся волокон были 01,8»18 мм и 01,0.14 мм. Соответственно подвижный металлический стержень в исходном состоянии располагался на оптимальном расстоянии от торца волокна ~ 4 мм.

Наконечник применялся в литотринторе на основе N1:АИГ лазера с длительностью импульсов ~ 300 пс. Испытания наконечника показали, что производительность разрушения особо прочных и слабопоглощакцях излучение неодимовых лазеров камней достигает больших значений [60а1. Высокая производительность разрушения обусловлена большим давлением (значительно большим, чем в в результате действия плазмы лазерного пробоя или при использовании наконечника [68]), развиваемым на поверхности камня вследствии удара острым концом стержня по камню.

Ресурс работы наконечника в зависимости от материале подвижного стержня может достигать 103-104 импульсов, что вполне достаточно для раэруиения большинства типов камней.

? 4. Сг:Ег:ИСГГ лазер с волоконной доставкой кзлучания.

В отличие от наиболее употребимых в медицинской практике литотрипторов (па основе неодимовых лазеров, лазеров нэ красителе и на александрите), излучение Сг:1У:ИСГГ лазера (А=2,79 юсм) сильно поглощается в материале практически любых типов нлчней и в воде ¡б*?]. В экспериментах без применения волокна (в сфокусированном пучгл) г.шл

показана возможность высокоэффективной фрагментации камней излучением эрбиевого лазера [61а-64а1. Создание гибких прочных волокон с достаточно большим пропусканием излучения эрбиевого лазера позволяло выполнить эксперименты в условиях,близких к реальпыы операциям с использованием доставки излучения к помещенному в аодкость камшэ по волоконному световода [18а, 19а).

В литотриптора использовались флюоритные и 1сварцевы8 волокна с диаметром светопроводящей сердцевины 0,2 и 0,4 мм соответственно. Параметры лазера приведены в таблице 2 п.5 [18а, 65а].

Разрушению подвергались камни с сильно отлнчащимися свойствами, перекрывающими практически весь характерный диапазон изменения прочности и оптических свойств встречающихся б медицинской практике камней. В режиме свободной генерации эрбиевого лазера с длительность» импульсов ~ 100 икс механизм разрушения камня имеет в основном абляционный характер.

Ееличина производительности разрушения Д имеет насыщение

плотности энергии излучения на конце волокна свыше 50-70 Дх/с Причем величава насыщения для большинства типов камней (в том числе с высокой механической прочностью) примерно одинакова и достигает значений достаточных для практического использования. Высокая производительность в ~ I иг/ими реализуется при использовании волоконных наконечников (например, типа фокон), обеспечивающих расширение выходящего из волокна излучения до диаметра ~ 0,6-1 мм.

Под действием коротких импульсов излучения (~ 100 не), полученных в режиме модулированной добротности, преобладающим фактором- разрушения является ударная волна, образующаяся при поглощении излучения в тонком слое воды (без образования плазкы пробоя) вблизи торцевой поверхности конца волокна. Достаточно интенсивная для разрушения камней ударная волна достигается уже при энергии лазерных импульсов ~ 20 ыДх и диаметре волокна ~ 0,4 мм. Оптимальным для разрушения является расстояние от копца волокна до камня ~ 1-2 мм. Величина производительности разрушения достигает тех *е пеличип, что и при действии излучения других типов лазеров с инициацией лучевого пробоя. При этом эрбиевый лазер имеет то преимущество, что интенсивность образующихся ударных волн не зависит от оптических свойств материала камней.

Полученные результаты показывают большие преимущества и егкзанные с нимп перспективы применения эроиевых лазеров в

литотрипсии.

Выводы к главе VI.

1. Разработаны несколько модификаций литотрипторов на базе неодюговых лазеров с удвоением частота в кристалла КТР и перестройкой длительности лазерных импульсов в широких пределах 0,1-1 икс. Показано, что наилучше характеристики демонстрирует Сг:Ш:ШТ лазер с коротким резонатором п изменяете в процессе генерации коэффициентом отражения выходного зеркала. Разработанные лазерные удзрно-золновые литотрипторы с волоконной доставкой излучения по совокупности параметров (компактность, надежность, простота эксплуатации, дешевизна, перестройка длительности импульсов) превосходят существующие типы лазерных литотрипторов.

2. Экспериментально продемонстрирована высокая производительность разрушения различных типов кампгй (камни из -желчного пузыря, почек и из мочеточника) при использовании излучения длиниоимпульсннх неодимовых лазеров с удвоением частоты.

3. На основании экспериментальных результатов, выполненных с помощью разработанных литотрипторов, установлено, что, по крайней мере, в диапазоне изменения длительностей лазерных шпульссз от 15 не до 700 не значения пороговой энергии разрушения кампей и торца дистального волокна изменяются в среднем как корень квадратный кз длительности лазерных импульсов. Интервал изменения энергии лазерных импульсов, соответствующий эффективному разрушении камней, увеличиаеется с ростом длительности лазерных импульсов значительно медленнее. Установлена гэкхе тенденция увеличения производительности разрушения камней с удлинением лазерных кгаульсов.

4. Разработан и испытан оптико-механический волоконный наконечЕЯк с подвижным стержнем при использовании в длинноимвульсяых неолтмовах литотрипторах. Обнаружена его высокая производительность тфн разрушении камней различного химического состава к, в том числу , камей с высокой механической прочность». Применение такого наконечника значительно расширяет возможности удзрно-волновых литотрипторов на базе лазеров видимого и ближнего КК диацазсяов.

5. Разработан эрСиеный лззер с доставкой излучения со вст.ы пу для

применений в интрзкорлорэльной лазерной лптотрадсии. Экспериментально продемонстрирована его высокая Еффектпвность при фрагментации.камней любого химического состава и твердости, как в рекиме свободной генерации, так и модулированной добротности. Предложены волоконные наконечники повнаакцие производительность разрушения камней эрбиевыми ллтотрипторагж.

- 57 -ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведения настоящей работы в значительной стрпени решена проблема создания на основа оптически плотных активных сред лазеров модулированной добротности с ламповой накачкой с рекордно высоким КОД в сочетают с высокой импульсной и средней мощностью излучения. Этого результата удалось достичь благодаря применению новых лазерных материалов, а также предложенных и реализованных резонаторов, нечувствительных к термодвулучепреломлению в активных элементах, и методов пространственного и временного усредпения поля излучения внутри резонатора.

На основании комплексного изучения кристалла КТР, включающего в себя исследование индуцированных в нем лазерным излучением эффектов окрашивания, фоторефракцли и оптического пробоя установлены критерии качества кристалла 'ГГР как удвоителя частоты, а такге выработаны рекомендации для усовершенствования технологии роста этого кристалла. Это дало возможность получить кристаллы КТР с высоким (>SQ2) КОД удвоения частоты излучения шлрокоапертурных интенсивных пучков неодимовых лазеров на основе оптически плотных активных сред. На примере Сг:Ш:КСГГ лазера с удвоением частоты в кристалле КТР продемонстрированы рекордные 2,4") для импульсных лазеров с ламповой пакачкой КОД.

Создание высокоэффективных лазеров, в том числе с удвоением частоты, послужило мощным толчком к разработке приборов с уникальными параметрами для различных областей пауки и техники. В частности, использование этих лазеров позволило создать ряд. принципиально новых приборов для использования на моби.1ьшх объектах с ограниченной грузоподъемностью, объемом п мощностью бортсети электропитания.

Разработка новых оптических компонент и схемотехнических решений в гостроепии лазерных резонаторов стимулировало тгкяге создание лазероЕ с уникальными параметрами на основе традиционных активных элементов. Так, в результате применения поляригациснпо замкнутых резонаторов создал длинноимпульсный 1М:АИГ лазер с регулируемой длительностью импульса излучения г удвоением частоты в кристалле КТР. :1з базе этого лэзера разработана высокопроизводительная установка для целей гнтракорпоральной литотрипгии.

НоЕые технические решения построения лэзеоны:: резсниорсп 7. оптически элементов их компонент г.агхщены 4 айтс-рскряи

свидетельствами в i патентом СССР.

• Основные результаты диссертации можно сформулировать следующим образом:

1. Выработаны основные принципы построения и осуществлены для йирокого круга приложений оригинальные разработки неодимовых лазеров с модулированной добротностью на основе оптически плотных активных сред, сочетающих в себе рекордно большой для твердотельных .лазеров с ламповой накачкой КГЩ с высокой импульсной и средней мощностью выходного излучения.

2. Показано, что энергетические характеристики лазеров на основе предложенных полярязационно замкнутых резонаторов в широком диапазоне мощностей накачек практически не зависят ог уровня термодаулучепреломления в активных элементах.

3. Предложен и реализован метод рзсчзта основных энергетических характеристик лазеров с различными типами поляризациопно замкнутых резонаторов. Экспериментально установлена и теоретически обоснована высокая однородность . выходного излучения таких лазеров при термодвулучепреломлении в активных элементах.

' 4. Предложены и реализованы схемы лазерных резонаторов с пространственным и временным усреднением неоднородностей интенсивности излучения. Продемонстрировано улучшение однородности интенсивности выходного излучения с использованием таких резонаторов в,лазерах, в том числе- с поляризационным выводом излучения и термодвулучепреломлением в активных элементах.

• 5. Предложен и реализован метод, увеличивающий однородность коэффициента усиления в поперечном сечении активных элементов из оптически плотных сред, основанный на пространственном усреднении неоднородностей поглощения излучения накачки в активных элементах за счет выбора конфигурации отражающей поверхности осветителей, а также расположения активных элементов н ламп накачки в них.

6. На основании изучения эффектов лазерно-индуцированного с'Краиивания, фоторефракции, оптического пробоя в кристаллах КТР выработаны критерии оценки качества кристалла КТР, как удвоителя частоты импульсных неодимошх лазеров. Продемонстрирован рекордно высокий КЦД (до -2,4 %) лазеров на основе оптически плотных активных сред с удвоением частоты в кристалле КТР.

7. На основании разработанных лазеров созданы оригинальные приборы для саецтехнгаси и лазерной медицины. Созданные прибор«

спецтехншш отличаются малыми весогабаритнышг параметрами и энергопотреблением. Выработаны требования и создана на базе этих неодимовых лазеров высокопроизводительная лазерная установка для целей жнтракорпоральной литотрипсии. На основе созданных лазеров разработан метод оптико-механического разрушения камней различного химического состава и твердости. Выявлены особенности фрагментации камней при действии импульсов лазерного излучения с различной длиной волны и длительностью импульсов.

- 60 -ЛИТЕРАТУРА (работы автора)

la. Mikhail от Y. А.. Prokhorov A.M. .Shcherbakov I.A. Scandium-Garnet neodymlum lasers with high pulse and average output power. Laser Physics, 1991, v.I, J£6, p.p..590-614.

2a. Алпатьев A.H., Данилов A.A., Дьяконов Г.VI., Михайлов В.А., Никольский M.D., Остроумов В.Г., Пак С.К., Смирнов В.А., Умысков

A.Ф., Цветков В.Б., Щербаков H.A.. Лазеры на основе редкоземельных скандиевых гранатов с хромом. Труды ИОФ АН СССР, 1990, т.26, с. 125-160.

За. tîlkhailov V.A., Prokhorov А.Ы., Shcheroakov I.A. Frequency doubled Cr,M:YSGG laser. In abstracts oí 2nd European Conference on Quantum Electronics, August 28 to September 1, 1989, Dresden, GDR, v.I, p. 11-13.

4a. Дьяконов Г.И., Григорьев В.H., Михайлов В.A., Пак C.K., Щербаков И.А. Исследование импульсного ИСИ':Сг,Ш лазера с двуэллиптическим осветителем. Сборник материалов Всесоюзной конференции "Физика и применение твердотельных лазеров", М., 1990, С. 33-39.

5а. Дьяконов Г.И., Лян В.Г., Михайлов В.А., Пак С.К., Романовский Н.В., Щербаков И.А. Пространственное усреднение коэффициента усиления в твердотельных активных элементах. Квантовая электроника, 1990, т. 17, JSI2, с, 1559-1560.

6а. Grin Y.С.. D'yakonov G.I., Kondratyk V.A.. Mikhallov V.A., Pak S.K., Tuto? V.A., Shcherbakov I.A. The new configuration oí ,=il»er reflectors lor optically dense solid-state rods. In materials oí International Conference "lasers and their applications". October 23-26, 1990, Plovdiv. Bulgaria, p.71-72.

Та. Дьяконов Г.И., Лян В.Г., Михайлов В.А., Пак С.К., Щербаков И.А. Улучшение однородности пространственного распределения интенсивности выходного излучения ИСГГ:Сг:Ш лазеров. Сборник материалов Всесоюзной конференции "Физика и применение твердотельных лазеров". M.. 1990, с. 30-39.

Sa. Дьяконов Г.И.. Ляп В.Г.. Михайлов В.А., Пак С.К., Тюков В.А., Щербаков H.A. Заявка на изобретение "Квантрон твердотельного лазера". Авторское свидетельство <64000020/25 от 15.02.199:..

См. Хяптсв В.В.. Михайлов Г..А., Николаев Д.А., Пак С.ft.. Раевский

B.В., 1пфелов А.П., хсменко С.И.., Щербаков H.A. Моноимпульсный ;'СГГ:Сг,1.М-лз~ер с К.П.Д. 4«. ¡квантовая электроника, 1991. т. 18,

85, с.579-551.

IOa. Mikhailov V.A., Prokhorov A.M., Shcherbakov I.A. High average power Q-caltched Cr:!Jd:YSGG laser system. Bulletin of the Am. Phys.Soc. fllS-YI), 1990, v.35. p. 1514.

.1.1 а, Кузьмин O.A.. Михайлов B.A., Пак C.K., Хаит В.л., Хоменко с.И., Фефелов А.П., Щербаков И.А. Сг:Ш:ИСГГ лазер в рэзл:гчнь-х рэот.мах модуляции модулятором НПВО и КОД (4,o-7,6)'X. Препринт 1Ш Р»'.Н, 1993, №16, Москва, 8 с.

I2a. Pefelov А.P., Khomenko C.I., HlKhallov V.A., Рак 3.K., Shcherbakov I.A. Application of optomechanical modulators lor IK solid state laser schemes. SPIE Proceeding, 1992, v.lvZL-, p.II3-II9 (International Symposium on "Laser Engineering", USA, Jan., 1992).

I3a. Grin Y.C., D'yakonov O.I., Ershova ПЛ., Malts ijnovstoy K.V., Mlkhailov 7.A., Рак S.K., Shcherbakov I.A. An application of the Cr,Er:YSCG laser for dental surgery. In materials o.1 International Conference "Lasers and their application':.", October 23-26, ¡990, Plovdiv, Bulgaria, p.43-44.

I4a. Бурова H. В., Дьяконов Г.И., Ераова К.'Л., Наксимовский Ю.М., Михайлов В.А., Пак С.К., Подрешетников В.В., Щербаков И./,. Возможности применения твердотельных лазеров пра препарироЕ.гисп твердых тканей зубов. Сборник материалов Всесоюзной конференция "Физика и применение твердотельных лазеров", М., 1990. с. 64-G5.

I5a. D'yakonov G.I., Ershova N.I., Makslmovskiy у.v., Mlkhailov V.A., Pak S.K., Shcherbakov I.A. Cr:Er:YSCG laser as an instrument for dental surgery. SPIE Proceeding, 1990, v.1424, p.81-86 (International Conference on "Biomedical Optics", USA, Jan., 1991).

Юа. Бурова-Н.И., Дьяконов Г.И., Михайлов В.А., Пак С.К., Щербаков К.А. Сравнительные исследования Езз'имодействая нзлучеяяя АИГ:Ег и КСГГ:Сг,Ег лазеров с твердыми тканями зуба. Материалы Всесоюзного симпозиума "Низкоинтенсивные лазера в медицине", 1391, Обнинск, часть I. с.20-21.

I7a. D'yakonov СЛ.. Konov 7.1., Mlkhailov V.A., Klkolaev D.A., 'г*»: S.K., Shcherbakov I.A. Cotparatlve performance of inira-r?!i solid-state lasers lithotripsy. ,"FIE Proceeding, 1991. v.M,?!. p. 156-103 (international Ccni^rxпси on "Blcr-ftdical Optics", 'X.A. Jan., ¡991).

!0а. Дьяконов Г.'И., Михайлов В.А., Пак С.К., Суслов A.M., Федоровский С.Л., Еербаков Л.А. Сг:Ег:11СГГ лазер с волоконной доставкой излучения для целей интракорпоральной литотрипсии. Квантовая электроника, 1933, т.20, HZ, с.194-197.

тяа. Bloch M. А., Mikhailov V.A., Syslov А.И., Гак S.K., Shchsrbakov I.A., FedorovsKly E.l. In vitro lithotripsy with Er:Cr:YSGG lasers through fibers. SPIE Proceeding, 1993, v.2012, p.81-84 (International Symposium on "Biomedical Optics", USA, Jan., 1993).

20a. Дьяконов Г.M., Ляп В.Г., Михайлов В.А., Пгк С.К., Романовский К.В., Щербаков lî.А. Влияние термодвулучепреломления на ргботу высокоэффективного ИСГГ:Сг:Ш лазера с поляризационным выводом излучения. Тезисы докладов 6-ой Всесоюзной конференции "Оптика лазеров", 1990, Л., с.192-193.

21а. Дьяконов Г.П., Ллн В.Г., Михайлов В.А., Пак С.К.. Щербаков И.А. Оптимизация эффективного выходного зеркала ЯСГГ:Сг,Ш лазера с поляризационным еыводом излучения. Сборник материалов Всесоюзной конференции "Физика к применение твердотельных лазеров", М., 1990, с. 22-23.

22а. Дьяконов Г.И., Ляп В.Г., Михайлов В.А., Пак С.К., Романовский Н.В., Щербаков И.А. Метод улучшения пространственной однородности излучения лазера с поляризационным выводом-излучения. Квантовая электроника, 1990, т. 17, Ы, с.453-454.

23а. Михайлов В.А. Расчеты основных параметров лазеров с ноляризационно замкнутыми резонаторами. Препринт ИОФ РАН & 23. 1992, М., С.1-54.

24а. Дьяконов Г.И., Егоров Г.Н., Каркков Е.В., Михайлов В.А., Пак С.К., Прохоров A.M.. Щербаков И.А. ИСГГ:Сг,№1 лазер с КПД 3,63, энергией.линейно-поляризованного излучения в моноимпульсе 0,46 Дх и частотой повторения 50 Гц. Квантовая электроника, 19853, Т.14, »I, с.67-69.

25а. Григорьев E.H., Егоров Г.Н., Еариков Е.В., Михайлов В.А., Пак С.К., Щербаков И.А. Тезисы докладов 5-ой Всесоюзной конференции "Оптика лазеров", 1907, Л., с.22-23.

2Ся. Дьяконов Г.И., ЛянВ.Г.. Михайлов В.А., Пак С.К., Романовский Н.В.. Щербаков H.A. Заявка па изобретете "Твердотельный лазер". Авторское свидетельство №471801^/25 от 24.03.1990.

Г"7:}. Дьяконов Г.М.. Климатов Г.С.. Ляп В.Г., Михайлов В.А., Пак С.к., Романовский Н.В., Керенкой И. А. Заявка на изобретете

"Твердотельный лгяер". Авторское свидетельство -A 471СЗП'Л «.т 19л 1.1391.

2Са. Григорьев В.Н.. Егоров Г.Н., Жариков Е.В., Михайлов В.А. . Пчч С. К., Пинский Ю. А.. Шкловский E.H.. Щербаков И. А. ГСП'-и\!Ю~ лазер с призменным резонатором и поляризационным выводок излучения. Квантовая электроника, 1ЭС6, т.13, JHI, с.л349-."35о. 29а. Дьяконов Г.И., Лян В.Г., Михайлов В.А., Пак С.К.. Шербэков И.А. Исследование лазера на АИГ:М с поляризационно замену,гым резонатором, байтовая электроника, TSSO, т. 17, л>12, c.i&'.-'r-IG38.

30а. Дьяконов Г.П.. Лян В.Г., Михайлов В.А., Пак С.К., Щербаков

ШТ:Сг,Ш лазер с поляризационно замкнутым резонатором и дву лучевым выводом излучения. Сборник материалов Всесо??н.>(1 конференции "Физика и применение твердотельных лазеров", V.,

1990. с. 23-29.

31а. Дьяконов Г.Н., Жариков Е.В.. Заварцев Ю.Д.. Лян В.Г., Михайлов В. А., Пак С.К.. Романовский H.D., Студениюш П.А.. Шербако? VI.А. Исследование ИСГГ:Сг,№1 лазера с поляризационно замкнутым резонатором.Сборник материалов Всесоюзной конференции "Физика и применение твердотельных лазеров", М.. 1990, с. 17-18. 32а. Власов В.И., лян В.Г., Михайлов В.А., Пак С.К., Щербаков И.А. Моноимпульсный ИС1Т:Сг.Ш-лазер с высокой средней мощность)) линейно поляризованного излучения. Тезисы докладов XIV Международной конференции по когерентной а нелинейной оптике.,

1991, т.о. с.56-57, Ленинград.

33а. Дьяконов Г.И., Ляп Е.Г., Михайлов В.А.. Пак С.К., Щербаков И.А. Высокоэффективный ИСГГ:Сг.Ш-лазер с поляризационно замкнутым резонатором. КваятоЕая электроника, 1991, т.IS, tí!, с. 805-80'/, 34а. Дьяконов Г.И., Лян С.Г., Михайлов D.A.. Пак С.К., Шербэков Л.л. Заявка на изобретение "Твердотельный лазер". лвторск'.я СЕазетельстБО Ä4CIC379/2C от 13.07. l:\09. 55а. М1>ЛаПо7 7.А.. Pafc Г..К. . Shcherbakcv I.A. The application rl ccuplllw? resonators. In witched Cr:Hcl:Y£GO las^r.

Bulletin oT the ta.IVi.5oc. fill Intorrllscipl Шагу Ipm.' &cLince conference, Калачу, California, S-pt... 1Э0>1>, IWí, 36. p.ITO.

Cña. Льяхеясг. Г. К.. Ллл Г,. Т.. Пихал?.*? Л. А., Михайлов В.А., Пзк С.К.. Хск*якс С.И.. E«pearc& ".í¡. иСГГ:Сг,В1 лазер с КПД к« улв&еякй частот«. Тег?'сУ гсупаеъ KIV Уехлукегслн'Л ксафереюзд

_ 61 -

по когерентно:) и нелинейной оптике. 1S9I, т.З, с.57-58. Л.

37а. Дьяконоб Г.К.. Маслов В.Л., Михайлов В.А.. Пак С.К., Семепенко Б.П., ЦерЗако!: И. А. Васок о эффективное удвоение частоты излучения KCIT:Cr,Nd лазера в кристалле КТР. Тезисы докладов XIII Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике. 1988, c.7C7-Ï70. Минск.

38а. Дьяконов Г.К., Ыаслов В.А., Михайлов В.А., Пак С.К., Шаугога О.П., Щербаков И.А. Высокоэффективный ПСХТ:Сг.№ лазер с удвоением частоты излучения в кристалле КТР. Квантовая электроника, 1989, т.16, КО, с.1601-1603.

39а. Kaslov V.A., Mikhallov V.A., Prokhoro- A.M.. Shcherbakov I.A. Perspectives of ETP as a second-harmonic generation for Cr,!Jd:YSr,G lasers. In a book "laser host and nonlinear laser"', Springer Ver.lag, 1989.

40a. LyanV.G.. Mllthallov V.A., lllkolaev D.A., "Pak S.K., Khomenko S.I., Shaunln O.P., Shcherbakov I.A. High efficient frequency doubled Cr,Hd.:YSOG laser with high average output power. SPIE Proceeding, 1992, v.1839, p.127-135 (International conference on "Coherent and. Nonlinear Optics", Leningrad. Sept., 1992).

41a. Андреев В.В., Дьяконов Г.И., Лян В.Г., Мэслов В.А., Михайлов В.А., Николаев Д.А., Пак С.К., Иаунин О.П., Щербаков И.A. KCJT: Сг:1И-лазер с КПД 1,5-2 % на частоте излучения, удвоенной в кристалле KIP. Квантовая ' электроника, 1991, т.18, йЭ, с. 1038-3 039.

42а, Mlkhallov v.A., Prokhorov A.M., Shcherbakov I.A. Host of pulsed green lasers based on Cr:Nd:YSGG Crystals. OSA. In procedings on Advanced Solld-State Lasers. 1991. v.10, p.311-315. (Six Topical Meeting on Advanced Solid-State Lasers. March 18-20, I991, Kestin Resort, Hilton Head, South Carolina).

43a. D'yakomv G.I., Mlkhallov V.A., Maslov V.A., Shaunln O.P., Pak S.K., Shcherbakov I.A. High efficiency Cr,Hd:YSGG laser with frequency doubling In the КГР crystal. In OSA proceedings on Advanced Solid-State Lasers. 1990, v.6. p.213-218. (fifth Topical Meeting on Advanced Solid-State Lasers, March, 1990, Sclt lake City, Harriot. Utah).

44a. Наглев В.А., Михайлов В.А., Николаев Д.А., Пак С.К., Шаукин О.П.. Щербаков И.А. Эффект индуцированного поглощения в кристалле КТ10Р04. Тезисы докяод5в XIV Международной кс-Е4<?рпылп! по когерентной и н«\лш«5Пнс8 оптике, 199!, т.З,

с Л65-166,ч Л.'

45». -Масло» В.а.; Яяхпйлов ¿.'А., Ша'унин О.п., Щербаков и.а. Исследование вменения показателей преломления в кристалл;: КТР при воздействии монотаульсов излучения с длиной волны 0,53 мкм. Квантовая электроника, 1993, т.20, с. 4£а. Андреев В.В., Кзрасева Л.Г., Громов В.В., Маслов В.А., Михайлов В.А., Шаунин О.П., Щербаков И.А. Природа центров окраски в КТЮРО^. Тезисы докладов XIV Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике, 1991, часть1, с.38-39, Л. 47э. AndreevA.A., MaslovV.A., Mikhallov V.A., Pak S.R., Shaunin

0.P., Shcherbakov I.A. Experimental study of the laser-Induced absorption and nature of the colour centres In potassium tltaniyl phosphate crystals. SPIE Proceeding, 199?., v. 1839,

p.280-286 (International Conference on "Coherent fnd Nonlinear Optics'!, Leningrad, Sept. 24-27, 1992). 4Ca. ЕайбародоваН.Д., Дьяконов Г.И., Маслов В.А., Лян В.Г., Михайлов

B.А., Пак С.К., Шаунин О.П., Щербаков и.А. Исследование наведенного поглощения в кристалле КТР. Сборник материалов Всесоюзной конференции "Физика и применение твердотельных лазеров", М., 1990, с. Г>6-5'7.

493. B'yakonov G.I., Grin Y.G..Mlkhallov V.A., Pak S.K., Shcherbakov

1.A. High efficiency Cr:ГМ:YEGG laser with frequency conversion in the KTP crystal. In abstracts of the Fifth Topical Meeting on Advanced Solld-State lasers, March, 1990, Solt Lake City, Karrlot, Utah.

50a. Helfmann J., KonovV.I.. Mlkhallov V.A., Muller G., Niltolaev D.A., Pak S.K., Shcherbakov I.A. Efficiency of stone fragmentation by long pul&es of a Q-switched Nd:YAG laser. SPIE Proceeding, 1992, v.¡643, p.78-G5 ^International Symposium on "Biomedical Optics'92", USA, Jan., 1992). 51a. Дьяконов Г.M., Лян В.Г., Михайлов В.А., Николаев Д.А., Пак

C.К., Щербаков И.A. Nd:АКТ лазер с длинным импульсом излучения лля целей литотрипсии. Препринт ИОФ РАН JS 24, 1992, М., с. 1434.

52з. Дьяконов Г.11., Дор'лел К.. Конов В.И.. Михайлов В. А., Мюллер Г., Пзк С.К., Щербаков И.А. Производительность разрушения камней :юд .чействййм длинных импульсов излучения №:АИГ лазера. Препринт Vf>V РАН И 23, 1992. М., с.1-54. 5Г,а. Згарьют Михайлов Г.А.. Кзчцнрег В.л.. Пек С.К.. Хютаеннн

А.П. и onr.!M3i3iraa •nsrornoro лазернг,-тшэменного

источника мягкого рентгеновского излучения с лазером на фосфатном стекле. Тезиск докладов 2-ой Всесоюзной научно-технической конференции "Высокоскоростная фотография к метрология быстропротекаюших процессов". 1930, с.123, М.

lia. Зверьков А.К., Каыцырев В.Л., Михайлов В.Д., Пинский Ю.А., Пак С.К. О повышении произво.дительности лазерно-плазменного источника мягкого рентгеновского излучения с лазером периодического действия на стекле. Техника средств связи, сер. "Бпутрисбъехтовэя связь", 1934, вып.2, с.К:1-166.

П&а. Михайлов В.А., Тюков В.А., Пак O.K. Частотьый лазер на стекле в неустановившемся тепловом режиме с преобразованием частоты во вторую гармонику. Техника средств связи, сер. "Техника радиосвязи", 1938, вып. 4, с.64-68.

5ßa. Бученков В.А., Волинкин В.М., Михайлов В.А., Пак С.К., Степанов А.И., Хюппенен А.П. Влияние теплового режима активного элемента на длительность цикла работы твердотельного лазера. Сборник материалов Всесоюзной конференции "Физика и применение твердотельных лазеров", М., 1930, с. 26.

57а. Andreev V.O..D'yakonov G.I., Mlkhailov V.A., Pak S.K., Rudenko O.V., Saposhnlkov O.A., Shcherbakov I.A. Q-swltched Ndrglass laser Induced acoustic pulses In lithotripsy. 3PIE Proceeding,

1991, v.I42I. p.153-155 (International Conference on "Biomedical Optics", TEA, Jan., 1991).

СЗа. Волшпсип В.M., Дьяконов Г.П., Михайлов В.А., Пак С.К. Устройство обеспечения теплового режима. Авторское свидетельство й 4537173/20, от 16.05.91.

5Эа. Михайлов В.А., Пак С.К. Лазер на стекле с радиационным нагревом окружающей активный элемент жидкости. Препринт ИОФ РАН J6> XI,

1992, M., C.I-I3.

50л. Дьяконов Г.М., Михайлов В.А., Пак С.К., Щербаков И.А. Волоконный оптико-механический наконечник для лазерной литотрипсик. Препринт КОФ РАН & 22. 1992, М., с.1-19.

ОТа. D'yakonov G.I., Konov V.l., Mlkhailov 7.A.. Pak 3.K., Prokhorov A.K., Shcherbakov I.A. The influence of 2,79 irai and 2,94 inm radiation on biological objects. Bulletin of the Am.Phys.Soc., 1991, v.36, JfifT, p. 1962 (VII Interdisciplinary laser science conference. Monterey, California, Sept., 194) u Г.Я., Кузьмин o.p,.. Михайлов В.А., Пак C.K., Хаит В. 1.

I - vv-ал;-' ста пг-имрнркйй да t. г-линего ИГ, дп-шэзона на основе

кристаллов сканхипыпс гранатов в лазерной медицин«. iv.wc-« докладов 8-ого Всесоюзного совещания-семинара "Спектро'ь.-гг.ы лазерных материалов" IS9I. с.97, Краснодар.

63а. Дьяконов Г. И.. Конов В.И., Михайлов В. А.. Николаев Д.Л., i'a к С.К. Исследование разрушения мочевых камней излуо::;л ее ИСГГ:Сг.Ег лазера. Материалы Всесоюзного снмпг.-./лумч. "Низкоинтенсивные лазеры в медицине". 1991. часть':, Обнинск.

С4,ч. Mlkhailov 7.Д., Tsvetkov V.B., Shcherbakov I.A. Investigation the potential medical applications of fiber-coupled or

Er3+ and Ho°+ in Cru+ doped scandium garnet crystals. ,>v. lightwave Coirnun., 1992, v.2, p.1-10.

C5 а. Михайлов В.А., Фефелов А.П., Харьковский A.B., Хоменко > .'/.., Щербаков И.А. Эффективная генерация гигантских импульсов л'т-'р:-) на кристаллах Y3GG:Er. YAG: Er. Тезисы докладоь на XW Международной конференции по когерентной z нелинейной оптикй , I9SI. т.З, c.6S, Л.'

ЛИТЕРАТУРА

1. Жариков Е.В., Осико В.В.. Прохоров a.M., Щербаков H.a. Изл . СССР, сер.физ., ISC4, т.43. c.I330- 1342.

2. Жариков Е.В., Ильичев H.H., Лаптев В.В.. Малютин A.A., Остроум,т В.Г., Паппшин П.П., Пименов A.C., Смирнов В.А., Щербаков Vi.л. Препринт ФКАН ÄI4, 1982, М.; Квантовая электрокика, 1983, т. iö\ J6I. с .140-144.

3. Pruss В.. Huber С., Beiinowski A., Laptev S.V., Shcherbakov I.A., Zarlkov E.V. Appl.Phys.B., 1982. v.2S. ."W, p. 355-353.

4. Krupke W.F., Shinu M.D., Marion J.E.. at.al. J.Cpt.Soo.Au^r.. T936, V.B3, J6I, p. ICE-! 14.

Г.. Shcherbakov I.A. IEEE J. Quantum Electron., 19RS, QE-2<. pk . p.979-934.

6. Труды ИОФ АН СССР, Оптически плотнее активные среды. Под ру Щербакова И.А., 15Э0, М., Наука.

7. Жарг.*ов Е.В., Житнюк В.А.. Зверев Г.М.. Каяитин С.П.. Кyj':."!•.-15.15.. Лаптев В.Е.. Сни^кко" А.:.!.. Осико В.В., Пэахоа й.а . Гименов A.C.. Прохоров A.M. . Счхрнек В. А.. Стельмах M.-I»., уест?."'--,

B.C., Щербаков 'А. А. Квант слад глектрбникэ, 193?:, т Ч. flk

C. 2531-2533.

8. Belt П.7., Cäshurov G. and Liu Y.S. laser iocus/Electrooptics.

1985, v.10, h.110.

9. Александровский А.Л., Ахманов С.A., Дьяков В.А., Прялкив В.11. Квантовая электроника, 1985, т.12, #7, с.1333-1334.

1С. Довченко Д.Н., Дьяков В.А.. Прялкин В'.И. Изз.АН СССР, Сер.физ., 1988, т.52, HZ, с.225-230.

11. Ейриков Е.В., Житкова Ы.В., Зверев Г.)/. и др. Квантовая электрокика, 1983, т. 10, МО, с. I9SI-I9G3.

12. Исаев М.П.. Куашир В.Р., Новиков С.Г. Электронная техника, сер.II, Лазерная техника и оптоэлектроню-а, 1991, вин.1(57), с.33-36.

13. Shcherbakov I.A. Tunable solid-state lasers, II., ed. Budgur A.B. et al.,1986, B.rSprlriger. p.I04-II2.

14. Laporta P., Magni V. and Svelto 0. IEEE Journal oí Quantum Electronics, 1985, v.QE-21, ¡úS, p.I2II-12I8.

15. Heed E. IEEE Journal oí Quantum Electronics. 1935, v.QE-21, »10, p.1625-1629.

16. Данилов A.A., Жариков E.B., Заварцав Ю.Д., Логинов Ii.А. и др. Квантовал электроника, IS87, т.14, с. I65I-I652.

17. Шариков E.B. Диссертация доктора тех. наук., 1990, KS.

IS. Гондрэ А.Д., Градов В.М., Данилов A.A. и др. Квантовая электроника, 1907, т.14. I97. с.916-917.

19. Caird J.A., Shim ¡S.D., Klrchoíí Т.A.. Smith L.K. and Wilder R.E. Appl.Opt., 1986. v.25, p.4294-4304.

20. Мезенов A.B., Соме Л.Н.. Степанов A.Ii. Термооптика твердотельных лазеров.-Л., Машиностроение, 1986.

21. Scott W.C., de Wit И. Appl.Fíiy S.Lett., 1971, v.18, M. p.3-4.

22. Richards J. Appl.Opt., 1937. v.26, 1&I3. p.2514-2517.

23. Koechner И. Solid-state laser engineering. SprLnger-verlag, 193)5, BerlIn-Helde1berg.

24. Фефелов А.П.. Харьковский A.B., Хоменко С.И. Труды МГТУ, 1989, «540. М., МГ7У, с.1-128.

2D. ДеякерБ.И., Максимова Г.Б. и др. Квантовая электроника, 199Í,

Т. 18, J47, с.855-858. ГГ.. Юр!а;к A.B. Квантовая электроника, 1991, т.18, (М, C.493-4S7. 27. Giuliani Г,., Rlstori Р. Opt.Comr.ur;.. 1930, v.35, р. 109-112. С."'. Б'.ркк U.A. ,Дош:ер Б.И., Ильичев H.H., Малютин A.A.. йсикс В.В.,

Ср-ррчког. С.Е., Сверчков JTi.B. Препринт ЮФ АН СССР J661, 1988, М. Г-'. Б.Г.. Мак A.A., Сом Л.Н., Ечфзростев А.К. КеэнтоВ'ЗЯ

- 69 -

электроника, 1975, т.2, Ю, с.1915-1922.

30. Белов Е.Ф., Губанов Б.С., Зельченко В.Я. и др. Проектирование и эксплуатация лазерных приборов в судостроении., 1986, Л., Судостроение, с.336.

31. Zurosteg F.C., Blerleln J.D. and Gler 5.E. J.Appl.Fhys., )9ГЬ, v.47, JSII, p. 4980-4985.

32. I,lu Y.S., Dentz D., Belt R. Opt.Lett., 1934, 7.9, J63, p.76-76.

33. Landlse R.A., Cava .J., Caporaso A.J. J.or Cryst.Gr., 1986, у.Тд, p.275.

34. Bezhong S. and Chaoen C. Cryst.Gr. and Charact., 1985, v.Vll. p.269-275.

35. Маслов B.B., Виивкова Г.Д., Семененко B.H. и др. Расширенные тезисы VII Всесоюзной конференции по росту кристаллов,

т.2, с.230-231, М.

36. Bordul P.P., Jasso J.С., Xolacono G."., Stolsenbarger Я.А., i'ola J.J. J.Of Cryst.Gr., 1937, 7.84, p.403-408.

37. Erlssoll Т.Д., Holiman J. and Stone R.E. J.Opt.Soc.Am.B., v.3, K5, p.683-686.

58. Ангерт П.Б., Гарнаш B.M., Ермаков Г.А., Павлова Н.И., Тарасов А.В. Письма В Ж, I98S, T.I2, 1620, с.1222-1224.

39. Исаев М.П., Коновалов В.А., КушнирВ.Р., Новиков С.Г., Павлова Н.И., Пашков В.А.. Шалаев В.А. Электронная техника, 1991, сер.II, Лазерная техника и оптоэлектроника, вып.1(57), с.37-39.

40. Blerleln and Vanherzeole Н. J.Opt.Зое.Am.В., .1989, v.6, #<!, p.622-633.

41. stolzenberger R.A. Appl.opt., 1988, y.27, »18, p.3883-3886.

42. Гурзадян Г.Г., Дмитриев В.Г., Никогосяп Д.Н. Справочник "Нелинейно-оптические кристаллы", 1991, М., "Радио н связь", с.159.

43. f.tucky G.D. Phillips М.Х., Grier Т.Е. Chemistry ol materials, 1989, v.I. 1(C, p.492-509.

44. Serreze H.B., Goldner Я.В. Appl.Pliys.b3tt., IS73, v.22, p.626-627.

45. Кузьминов Ю.С., ЭлектрсоптическиЯ и нелинейнооптический кргстал.1: квобата лития., 1987. и., "Наука".

46. Ангерт Н.В., Герман В.М., Ермаглн Г.А., Павлова Н.И., Tapacej»

А.В. Квантсвая электроника. ¡991. т.18, 164, с.470-473.

47. J него J.С.. RocKarellov; B.H., Террс Е. A. Opt.Lett., 199!, v. It,

л;7, p. iзо'.'-:.зоо.

48. Bordui P.P., Blachinan R., Korwood R.G. Appl.Phys.Lett., 1992, v.6I, ßt2, p. 1369-1371.

49. Roelofs M.G. J.Appl.Phys., 1989, v.65, »12, p.4976-4932.

50. Tyminskl J.K. J.or Appl.Phys., 1991, v.70, p.5570-5574.

5!. Нелинейная спектроскопия. Под ред. Бломбергена Н., 1979, М., "Кир", с.586.

52. Stone therapy In urology. Ed. Elsenberger P., Miller K., Rassweiler J.Georg. Thleme Verlag Stuttgart, New-York, 1991, p.173.

53. Bretler P.S. Laser In Surgery and Medicine, 1988, v.8, p.341-356.

54. Алексеев В.А. Обзоры по электронной технике. Сер. П, Лазерная техника и оптоэлектроника, 1991, М., ЦНИИ "Электроника", вып.7, с.36.

55. Laser Lithotripsy. Ed. Steiner R., 1988, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, p.203.

56. Helfmann J., Dorshel K., Müller G.J. SPIE Proceeding, 1990, v.I20I, p.284-291.

57. Meier Th., Fink U., Steiner R. Laser Lithotripsy (Ed. Steiner R.), Springer Verlag, Berlin-Heidelberg, 1983, p.53-58.

53. Wenk H., Pensei J., Hering P., Dann Th. and Baretton G. Laser Lithotripsy (Ed. Steiner R.), Springer Verlag, Berlin-Heidelberg, 1988, p.59-G2.

59. Andrzejewska Т., Bactaiak J., Dubickl A., Wodnlcki R. SPIE Proceeding, 1984, v.492, p.39-44 (ECOOSA'84, Amsterdam, 1984).

CO. Schmld W.E. IEEE Journal of Quantum Electronics, 1980, v.QE-16, m, p.790-794.

Gl. Thomas S., Pensei J., Engelhardt R. et.al. Lasers In Surgery and Medicine, 1988, v.8, p.303-370.

02. Watson G.; Murray S., Bretler S.P., Parrlsh J.A. J.Ural.; 1987, V.13B, p. 195-198.

03. Sctaiidt-KloJber H., Reichel E., Schoffmann H. Biomedical Technic, ¡985, v.30, p.173-101.

f>4. Slgrlst M.W. J.Appl.Phys., 1986, 7.60. Jd7, p.83-121. Гчг.. дскарьян P.A., Королевы. Г., Еркин A.B. Письма в ЖЭМ, 1S90, т.51, вып.II. С.5С6-5Э0.

K'ililhaur.en W.V., FitznerR., Scholz С. et.al. Laser Lithotripsy iSü. Steiner П.), Springer Verlag, Birlln-Heidei.terg, 1968,

.. ' T <Г»

.....

b?iai ta K.M. ri.al. Lascrc In Surcwry arid Medicine, 1У89, v.9,

p. 454-457.

68. Thomas 3., Pendel J., Meyer H. and Wondrar'.ek V. Laser Lithotripsy (ed. Stelnor R.), Springer Verlag, Berlin-He Idelberg, 1938. p.I5I-I56.

69. Водопьянов К.Л. ХЭТЗ, 1990, т.97, вып.1, С.205-2Ш.

в

ta

I

I

о

ш

о а

о Ç»

и

И

g

о CÄ

I

и

I

к

й

-3 ■8

I

В о

§

О

„ g

g ?4

W ь

tu M

g I

о -О

«

è tí

•8

и о

<4

«

Ä

ш о 0 «

SI s> Vi 09 tö » &

Щ ° 3 Г7 ру И b Q Ю i «I ■8 "< о у 0 ■ со 1 о to ^ § •§ S «« я и g II S 4 1 •§ Щ ° ï ••MU gil S я § >8 5 ? я •• 03 td « tg s S >p • • ra S 4 s « a a jj щ 1 % g I £?| • • О •о S? ° э я " jo S 'S К Ч 1 >8 03 В /vra tyr S tí 3

и 8 н и 8 8 8 I «b 8 g » Ь4 8 Cl <75 ff l-i 8 ® Л •g

1 В g 1 В к i p *MÎ

>-• < to öl à 0) СО Ы S « « O) Ol 0J Ъ to s с». о j-i 0> tj è» ôo à à § со со as Й « *

р ы г»- N О p о а i- о о ь о ■Cw СП Г* P P Ь о «> î? e Энергия i EUS. i

о В о о i. to »-I о 1-1 ,,га о Й О О to g» энергия i Ш. 1

* ~ ' IS/IOO Í—( ОТ ^ о i s 1 i M M О »l4* 3 • .a»*

• «-) M to о M M S ? s s ß 1 CI s 1 •-I ет ? M сл H« W W Ol Ol Ol Расходимость угл.шш.

1 й i § g g Поляризация

- ч

- - та -

з

Рас. I. Зеркальшэ освататяди с прсстролстсекшш усреднением иг однородной оптячесхоа накачка. I - осветитель; 2 - 43; 3 - деияз накачки.

Рис. 2. схемы лазеров нвпояяршзовашого излучения.1 1,6,9,12 - зеркала резонатора; 2 а 7 - осветители конический ж с наклонным расположением АЭ к ЛН; 3 - ЛН; 4 - АЗ; 5 - модулятор 1ШВО; 8 - поляраза-тор; 10 - полуволаовая ячейка Поккельса; XI -призма.

Рис. 3.Зависимость энергии импульсов лазерного излучения Ор 01' накачки Од. (Зависимости I е 2,3 получении соответственно для АЭ из двух различных образцов кристалла Сг:Е4:ИСГГ). ооо» ддд - режим генерация гигннстких шпуль-сов о длгтехьностьв 10 - 12 не. + ♦ + - реем генерация импульсов длительностью 0.1 - I «КС. 1 ооо- реазш свободной генерации.

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДАЭЕРННХ ПРИБОРОВ

Таблица 2

н ! Тип лазера Л { Размеры 1 ¿3, ш 1 у , -■ , { Энергия { в иип. I » • Энергия } в гадь |2*?.цД> ! 1 кцд % Дккт. ицпуль-соа, НС Частота } по эт./' } Ги./Дгина? роз.,1 ы ! Дтша волокна, ш Вес, ЕГ 8 О* «мм «снер— }гопот~ ¡ребле-{ кие, ! Вт Примнется

1 I 2 ? I 3 ? I 4 5 6 7 1 8 9 1 10 V II

I. • Генератор } НПВО | Сг.нарсГГ, I исгг Г¿8x100 ] ( 1 I 400 ! ? ! { ! ! ! 200 1 1 I ; 3,2/ '4,6 12 20/ 1 /0,5 ! 30 ! | зсо I 1 } » Лидарч, локация, связь и др.

2. | Гбицлтор |сг,а<<. ГСГГ, НОТ $0x100 I ! ! ! 340 I ! ! Г I ! ' 160 I ! ? Лл 20 ^о.е I 30 ! ! { 300 1 ! » Лидары, лохация, связь Е Др.

3. • Ген<эра"ор ПЗР усилитель 1 »"»' ЛИГ ! ¿6,3x80 1.......... 1 | 200-60 | (400) \ 1 ! ! 60-30 <ао) \ 230-600 % | 0,2 160 I { [1300 ( 1 1 Лнто-ТрИПСИЯ, терапия

с

I

Продолжение таблицы 2

I | 2. } 3 } 4 } 5. { 6 { 7 { 8 } 9 10 } II

4. \Г*П¥°Р | ахмо | 80-30 I о.7> ¡100-500 1 20 | } ¡усилитель } (400) { (80) | /0,3| } А | 0,2 } 180 ! на: ляг ! ! 1 I I » ! Ыб,3x100 ! ! ! ? Г 1 » » { Лнто-1300 | трипскя, 1 терапия I

? > 1 к < 1 ж х 5. ¡Генератор | 300..00 {1СХКЮ } ЪЛ ¡20-1000 ¡20^ } 0#2 | |Сг,В«1:ИСГГ ! | 1 ! 1 * ! { » ¿6,3x100 | |'|| I | 9 I 1 ! # Т 1 ! I олл | Днто-1 трипсин, { хирургия, } технология 1

б. {Гзнсратор 141 1 1 | ! } (ЗУЙЖ" | 10 ¡2 103 , %1| 25 ,2/^ , ,350 1Д7*270 1 ! I 1 1 ! | ! Г Лито-4000 ! трипсия, ! рентгено-1 литография

! 1 I I 1 7. !Генератор !Своб. I « 1 0 с 1 ТПс |сг.ЕгГ ИСГТ !ген- 500 | - - , 0.5 , 105 » 1 Ъу } 0,2;0,4 { 60 /0,5 } | 1 1 1 1 Лято-елл ! ТрИПСИЯ, ^^ ! стомато-1 логня, !космзто-I логня

1 Шодул. ! I I !доор.100 [ ! 0,3 1 100

Примечание: в скобках даны наябольше лазерам параметры.

Рнс. 4. Резонатора лазеров с полярззацвонвнн шводои нздученая. 1,2 - зеркала резонатора; 3 - четвертьволновая ячейка Покгильса; 4 - поляризатор; Б - активный элемент; 6 - клинообразная фазоьая пластана; 7 - пластана в - призма полного внутреннего

отражения.

Л

« i « 5 3?.

'Г—н-ауЕ-

¿

-в

т?

<■ é

\ ' 4

V

в-

?

«

i 3 Л 9

III, «•

VI

'l*

to il

-&-SH

Pao. 5. Czeuu поляризаадонно замкнутых резонаторов. 1,2,6,11 - зеркала резонатора о коэффициентом отражения Hj»Hg» Rg.Rj соответственно;- 3 - поляризатор; i - актгвшй алгыент; fe - 90°-врзЕШРДь; 7 - полуволновая ячейка Поккэльса; 8- пово-Р07Ц8Я пргзгга: 9 ~ модулятор НПВО; 10 - пластина

шшашцш удвоителей чша на шкжше к т р

Таблица 4.

Y■'*»!■»■ ■ Ц.Ч1» ■ —^

Кетеио. воздеЯст-вущего излучения

кВт/ей2

Параметры

Качество крис-таллоп

КЦД

УДВОЕНИЯ

частоты %

Порог лучевого пробоя,

кВт/см^

Порог генерации

3-ей гармоники

ы&г/см^

Вазшжна шдуцз-троЕанкого ,погло^е~ кия (%/си) яря различнюсл£0здэйств. излечения

mkmí

0,7 [Ь,53

Р*" J

?

0,53+ +1.06

0,44 { 0,37

I.

Наилучшее

50-80

700

500

150

300

т ! 2

2

¡ 4

_

2.

3.

ВыСОECO

Среднее

50-80

500

250

150

6 ¡10

300

15

25

40-60

200

100

150

12

? -

0,7

i.e»

300

20

«i

4.

Низкоо

30-40

100 ' ! 30-40 f I

150

3

28

í

-1-j-

300 j 10 { 38 | ¿

i

Пркиечанно: d - оптичэсиии пробой в кристалле; цифры eso значком я соответствуют усреднзткщу ка до;.:о кристалла значению коэффициента поглощения.

I

3

Рис.6 Зависимость КОД ¡? ¡¡^ удвовная 'частоты излучения Сг:Кй: ИСТ лазера от плотности мощности шиша I ^ в кристалла ют (I), (2) (ДЛИНОЙ I СМ) Б ВЯЗА (3) (ДЛИНОЙ а СИ).

I- накачка узкш однородным пучкоа малой расходаолстг ( Б угл.ынн.) 2,3- накачка иирокоапзртуршш ыногоюдовш нздучзневы с расходимостью

Рис.7 Лазеры с перестраиваемой дяательяость» тшульсоз валучекш. 1,15 - полупрозрачные зеркала; 2,6,17 - полностью отрагакда зерка-лп; 3 - поляризатор; 4 и 9 - активные алеыэпты (генератора е усилителя); 5 - 90°-вращатс,вь; 7 - подуволновая ячейка Поккеяъса; 8 - лишя оатачаской задераки; Ю - телескоп; II - удвоитель частоты; 12 - ляа-зэ; 13 - СЕетопроьС'Дядае волокно; 14 - разрушаемый камень; 16 - призма полного внутреннего отражения.

Рнс. 8, лазерный литотрнптер "Фрагмаат" но основа ддш-нонипулылюго Sdîàltr лагерз с аддулгровадиой доСротлостьв.

Таз. 9 ДжЕтвлмость 'си Ш п енергяя Q° (2,3? ишудьоов вздучрпая Ш:АЛГ лазера с оытшаскоа денеэй зядершкв в ЩР в аависяшоота от еиортил пакачва Од.

2 - репка модулированной добротности. 'S - регзш свободной гзпарецеа.