Другие схемы накачки «слэб» элементов .

В остальных схемах накачки «слэб» элементов разра­ботчики идут по пути использования тонких, толщиной порядка нескольких миллиметров, активных элементов с линейным распространением в них генерируемого излу­чения. В этом случае градиенты теплового поля в актив­ном элементе достаточно малы и необходимость в зиг­загообразном ходе луча отпадает. Кроме того, конструк­ция всей системы накачки заметно упрощается.

Широко используются многопроходные схемы на­качки длинных «слэб» элементов с небольшой толщи­ной (порядка долей миллиметров). Конструкция квантрона с подобной схемой накачки изображена на рис.27.

 

Активный элемент помещается в прямоугольную полость отражателя. Накачка осуществляется через уз­кие входные окна в крышке отражателя. Зависимость эффективности поглощения энергии накачки от толщи­ны активного элемента для описанной схемы накачки приведена на рис.28.

В работе [30] представлено дальнейшее развитие приведен­ной схемы накачки, в которой вместо тонкого активного элемента предлагается использовать планарный волно­вод с активированной сердцевиной толщиной 200 мкм. Волноводное распространение излучения по такому ак­тивному элементу позволяет компенсировать тепловые неоднородности и более эффективно снимать запасен­ную в активном элементе энергию.

Большой исследовательский интерес вызывает рабо­та [31], в которой исследуется возможность использова­ния зеркальных конденсоров различной формы в схеме накачки «слэб» элемента с точки зрения эффективности запасания энергии накачки и однородности профиля ин­версной населенности (рис.29). Количественные оценки, определенные путем численного моделирования, приве­дены в табл.8.

На рис.30 показаны генерационные характеристики лазера, полученные при использовании приведенных на рис.29 схем накачки и кристалла YAG:Nd3+ (концент­рация неодима 1 %) в качестве активного элемента. На­иболее эффективной является схема накачки с клиновид­ным конденсором. В этом случае дифференциальный КПД достигает 51 %, что связано с наибольшей эффек­тивностью запасания энергии (табл.8). При этом наибо­лее однородный профиль получается при использовании плоскопараллельного конденсора.

 В ряде работ предлагается поперечная схема для накачки «квазидисковых» активных «слэб» элементов (рис.31).

В этом случае используется тонкий активный элемент, одна из граней которого находится в плотном контакте с медным теплоотводом. Эта же грань является глухим зеркалом резонатора. На нее наносится высокоотражающее покрытие, к которому припаивается спе­циальным образом медный теплоотвод. В частности, в [32] только центральная часть активного элемента ле­гируется с большой концентрацией. В этой работе при­менялись два активных элемента YAG: Yb3+ с размера­ми 2.0 х 2.0 х 0.8 мм и 1.2 х 1.2 х 0.8 мм и концентраци­ями активатора 10 % и 15 % соответственно. При ис­пользовании полупроводниковых диодов накачки с во­локонным выводом и оптической системы подвода излу­чения эффективность запасания энергии для этих образцов составила 84% и 79% соответственно. Для ее уве­личения активный элемент с теплоотводом помещался в полость диффузного отражателя.

Наконец, следует упомянуть еще об одной схеме на­качки. В ней используется многогранный активный эле­мент с отверстием в центре (рис.32). Накачка осу­ществляется через его боковые грани, с использованием формирующей оптики. Эти же грани служат зеркалами резонатора. Через отверстие пропускается хладагент, что позволяет эффективно ох­лаждать активный элемент. Наряду с ломаной траекто­рией распространения генерируемого излучения это дает возможность существенно ослабить влияние тепловых неоднородностей.

Итог аналитического обзора.

Разнообразие областей применения ТТЛ обуславли­вает различные требования к их выходным характери­стикам. Поэтому не существует универсальной схемы поперечной накачки, позволяющей получать весь спектр требуемых выходных характеристик. Важной задачей раз­работки квантрона является поиск его оптимальной кон­струкции, с помощью которой можно получить требуе­мые выходные характеристики при наименьших эконо­мических затратах.

Практически во всех работах представлены резуль­таты исследования созданных квантронов (законченных конструкций) с оптимальными параметрами. При проек­тировании квантронов с полупроводниковой накачкой, как правило, решается задача формирования однород­ного по сечению активного элемента распределения мощ­ности накачки. По сравнению с ламповой накачкой по­лупроводниковая характеризуется значительно меньшей шириной спектра излучения и высокой пространственной когерентностью. Это дает возможность формировать распределения мощности накачки различного вида. Оче­видно, что существуют инварианты, определяющие связь между параметрами элементов при масштабировании квантронов по мощности накачки и размерам активного элемента, но функциональные возможности квантронов с этой точки зрения в работах не рассматривались. Ком­плексное моделирование процессов полупроводниковой накачки, оптимизация параметров квантронов для раз­ных целей - предмет отдельного рассмотрения.

Практически отсутствуют работы по квантронам на основе активных элементов с несколькими активато­рами и конверсионными активными средами, имею­щими различные длины волн поглощения. Для разра­ботки таких квантронов требуются комбинированные источники накачки. Очевидно, что решение всех этих вопросов еще впереди.