ВОЛНОВО́ДНЫЕ ЛА́ЗЕРЫ

ВОЛНОВО́ДНЫЕ ЛА́ЗЕРЫ, ла­зе­ры, в ко­то­рых ге­не­ра­ция из­лу­че­ния про­ис­хо­дит в ак­тив­ной сре­де, рас­по­ло­жен­ной в по­лом вол­но­во­де. Вол­но­вод­ны­ми мо­гут быть га­зо­вые ла­зе­ры (напр., на $\ce{CO2, CO}$), эк­си­мер­ные ла­зе­ры на $\ce{Xe}$ и $\ce{KrF}$. Идея ис­поль­зо­ва­ния вол­но­во­дов в га­зо­раз­ряд­ных ла­зе­рах впер­вые бы­ла вы­ска­за­на амер. учё­ны­ми Э. Мар­ка­ти­ли и Р. Шмель­це­ром в 1964. Пер­вый В. л. на $\ce{CO2}$ соз­дан амер. учё­ным П. Сми­том с со­труд­ни­ка­ми (США) в 1972.

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

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

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

Экс­пе­ри­мен­таль­но реа­ли­зо­ван­ные мощно­сти из­лу­че­ния В. л. на $\ce{CO}$ – не бо­лее 10 Вт/м. Об­ласть при­ме­не­ния В. л. на $\ce{CO}$ ог­ра­ни­чи­ва­ет­ся не­об­хо­ди­мо­стью глу­бо­ко­го ох­ла­ж­де­ния га­за при ма­лых дли­нах ак­тив­ной сре­ды.

Удель­ная по­гон­ная мощ­ность из­лу­чения В. л. на $\ce{CO2}$ при ис­поль­зо­ва­нии уз­ких вол­но­вод­ных ка­на­лов мо­жет дос­ти­гать 100 Вт/м при не­боль­ших ср. мощ­но­стях из­лу­че­ния. В. л. на $\ce{CO2}$ не тре­бу­ют вы­со­ко­го ох­ла­ж­де­ния, и они кон­ст­рук­тив­но ком­пакт­ны (осн. их пре­иму­ще­ст­во).

В за­ви­си­мо­сти от схе­мы со­еди­не­ния тру­бок – па­рал­лель­ной или по­сле­до­ва­тель­ной – по­лу­ча­ют мно­го­лу­че­вую или од­но­лу­че­вую ге­не­ра­цию. В В. л. на $\ce{CO2}$ с чис­лом тру­бок до 60 по­лу­че­ны ср. мощ­ности из­лу­че­ния до 6 кВт, а в од­но­лучевом В. л. – до 1,5 кВт. При этом удель­ные мощ­но­сти из­лу­че­ния дос­ти­га­ют 50 Вт/м.

В. л. с мно­го­лу­че­вы­ми вол­но­вод­ны­ми из­лу­ча­те­ля­ми при­ме­ня­ют­ся для об­ра­бот­ки разл. ма­те­риа­лов. Од­но­лу­че­вой од­но­мо­до­вый вол­но­вод­ный из­лу­ча­тель со ср. мощ­но­стью 1 кВт яв­ля­ет­ся ос­но­вой ла­зер­ной кар­дио­хи­рур­гич. ус­та­нов­ки для опе­ра­ций на серд­це.