ВОЛНОВО́ДНЫЕ ЛА́ЗЕРЫ
-
Рубрика: Физика
-
Скопировать библиографическую ссылку:
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.