Табл. 1. — Состав и физические свойства лазерных материалов на основе кристаллов с примесями
Кристалл Активная примесь Плот ность,
кг/м3 Показатель преломления Температура плавления, K Твердость (по минера логической шкале) Основные длины волн генерации,
мкм Вещество Содержание, % (по массе) Al2O3 Cr3+ 0,03—0.7 3980 1,764 2303 9 0,6943 R1 линия 0,6929 R2 линия Y3Al5O12 Nd3+ 0,5—2,5 4560 1,8347 2203±20 8,5 1,0641 при 300 K CaWO4 Nd3+ 0.5—3 6066 1,926 1843 4,5—5 1,058 при 300 K CaF2 Dy2+ 0.02—0,06 3180 1,4335 1639 4 2,36 при 77 K LaF3 Nd3+ 0.5—2 — — 1766 1,0633 при 295 K 1,0631 при 77 K 1,0399 при 77 K
В отличие от кристаллов, лазерные стекла имеют неупорядоченную внутреннюю структуру. Наряду со стеклообразующими компонентами SiO2, В2О3, P2O3, BeF2 и др., В них содержатся Na2O, K2O, Li2O, MgO, СаО, BaO, Al2O3, La2O3, Sb2O3 и др. соединения. Активными примесями служат чаще всего ионы Nd3+; используются также Gd3+, Er3+, Ho3+, Yb3+. Концентрация Nd3+ в стеклах доходит до 6% по массе. Достоинством стекол как Л. м., кроме высокой концентрации активных частиц, является возможность изготовления активных элементов больших размеров (до 1,8 м длиной и до 70 мм диаметром) практически любой формы с очень высокой оптической однородностью. Недостатки — большая ширина линии генерации — 3—10 нм и низкая теплопроводность, препятствующая быстрому отводу тепла при мощной оптической накачке. В табл. 2 приведены химический состав и физические свойства лазерных стекол. Стекла варят в платиновых или керамических тиглях. Платина, попадающая в стекло из тигля, снижает мощность лазерного излучения, т.к. создаёт в рабочем элементе очаги механического разрушения. Исходные компоненты шихты для варки стекол не должны содержать посторонних примесей более 0,01—0,001% по массе. Особо опасными для неодимовых стекол являются примеси Fe2+, Sm3+, Pr3+, Dy3+, Co, Ni, Cu.
Табл. 2. — Состав и физические свойства лазерных стекол с неодимом (длина волны генерации 1,06 мкм)
Наименование или шифр стекла Состав, % (по массе) Плотность,
кг/м3 Показатель преломления Баритовый крон SiO2—59, BaO—25, Sb2O3—1, K2O—15 (добавки Nd2O3—0,13—10) 3000 1,54 0580 SiO2—67,17, Na2O—15,93, CaO—10,8, Nd2O3—4,78, Al2O3—0,75, Sb2O3 и As2O3—0,38, K2O—0,19 2630 1,5337 Боратное BaO—35, B2O3—45, Nd2O3—20 3870,4 1,65 Лантаноборосиликатное добавка Nd2O3—2 4340 1,691
Полупроводниковые Л. м. — кристаллы соединений типа AIIBVI (ZnS, ZnSe, CdS, CdSe, CdTe, PbS, PbSe, PbTe) и AIIIBV (GaPAs, GaAs, GaSb, InAs, InSb), а также кристаллы Те и др. Кристаллы полупроводников выращивают либо из расплава, либо из газовой фазы. Кристаллы для инжекционных лазеров, возбуждаемых путём пропускания через рабочий элемент электрического тока, имеют так называемый р — n переход (см. Электронно-дырочный переход). Толщина р — n перехода составляет 0,1 мкм. Излучение возникает в слое р — n перехода, однако излучающий слой имеет толщину бо'льшую, чем р — n переход (~ 2 мкм). Рабочие элементы для инжекционных лазеров, изготовляемые из полупроводниковых кристаллов, имеют форму прямоугольных пластинок размерами 1´1´0,2 мм. Наилучшими энергетическими параметрами обладают р — n переходы в кристаллах GaAs. Достоинства полупроводниковых Л. м. с р — n переходом: высокий (доходящий до 50%) кпд, малые размеры рабочих элементов, большая мощность излучения, получаемая с 1 см2 излучающей поверхности. Недостатки — технологические трудности при получении однородных, высококачественных р — n переходов, широкая линия излучения (~10 нм при комнатной температуре), большая угловая расходимость излучения (1—2°). В полупроводниковых лазерах с электронным возбуждением или оптической накачкой используются кристаллы: чистых соединений без введения каких-либо примесей.
Особенностями газовых Л. м. являются точное соответствие схемы энергетических уровней газа уровням отдельных атомов или молекул, составляющих этот газ, высокая оптическая однородность (световой луч, проходящий в среде газа, практически не рассеивается), очень малая угловая расходимость и узкие линии генерации. Недостаток — низкая концентрация рабочих частиц (всего 1014 — 1017 в см3). В газоразрядных лазерах, где возбуждение осуществляется путём создания электрического разряда в газе, давление колеблется от сотых долей am, т. е. 103 н/м2 до нескольких am, т. е. (1—9)×105 н/м2. Рабочими частицами являются либо атомы газа (Ne, Хе), либо положительно заряженные ионы (Ne2+, Ne3+, Ar2+, Kr2+), либо молекулы (N2, CO2, H2O, HCN). В некоторых случаях к основному рабочему газу для улучшения его работы примешивают другой газ. Так, в гелиево-неоновом лазере активными излучающими частицами являются атомы Ne. Примесь Не улучшает условия возбуждения атомов Ne путём резонансной передачи энергии на их верхние рабочие уровни. В лазерах, возбуждаемых в результате фотодиссоциации, используется газ CFзI при давлении 6,7 кн/м2 (50 мм pm. cm.). В газовых лазерах с возбуждением внешним источником света используются пары щелочного металла Cs.
Жидкие Л. м. по оптической однородности сравнимы с газовыми и имеют высокую плотность активных частиц. Кроме того, жидкость может циркулировать в резонаторе лазера, что обеспечивает эффективный отвод выделяющегося тепла. Недостаток — низкая стойкость к действию мощного излучения оптической накачки и лазерного излучения. В неорганических жидкостях активная примесь — ионы Nd3+ — в концентрации нескольких % по массе растворена в оксихлоридах селена (SeOCl2) или фосфора (POCl3), содержащих хлориды некоторых металлов. Ширина линии генерации не превышает десятых долей нм. Жидкие Л. м. на органических красителях представляют собой растворы молекул родаминов, пиронина, трипафлавина, 3-аминофталамида и др. в этиловом спирте, глицерине, воде, растворах серной кислоты. Возбуждение генерации осуществляется излучением лазеров на кристаллах рубина, неодимовом стекле или светом импульсных газоразрядных ламп. Благодаря широким спектрам излучения растворов органических красителей возможна плавная перестройка длины волны излучения лазера в пределах полосы излучения.
Лит.: Каминский А. А., Осико В. В., Неорганические лазерные материалы с ионной структурой, «Изв. АН СССР. Неорганические материалы», 1966, т. 1, № 12, с. 2049—87; там же, 1967, т. 3, № 3, с. 417—63; там же, 1970, т. 6, № 4, с. 629—696; Карапетян Г. О., Рейшахрит А. Л., Люминесцирующие стекла, как материал для оптических квантовых генераторов, там же, 1967, т. 3, № 2, с. 217—59; «Тр. института инженеров по электротехнике и электронике», 1966, т. 54, № 10, с. 57—70; Оптические квантовые генераторы на жидкостях, «Вестник АН СССР», 1969, № 2, с. 52—57; Степанов Б. И., Рубинов А. Н., Оптические квантовые генераторы на растворах органических красителей, «Успехи физических наук», 1968, т. 95, в. 1, с. 46.
В. В. Осико.
Лазерный гироскоп
Ла'зерный гироско'п, см. Квантовый гироскоп.
Лазерпициум
Лазерпи'циум (Laserpitium), гладыш, род растений семейства зонтичных. Многолетние, редко двулетние травы с дважды-, триждыперистыми и тройчатыми листьями. Зубцы чашечки яйце- или шиловидные. Лепестки белые, розовые или желтоватые, обратносердцевидные, с загнутыми внутрь верхушками. Плоды эллиптические или продолговатые, с крыловидными ребрами. Около 20 (по др. данным, до 35) видов — от Канарских островов до Ирана и Сибири, но главным образом в Средиземноморье. В СССР 5 — 6 видов. Наиболее распространены Л. широколистный (L. latifolium), Л. прусский (L. pruthenicum), растущие в лесах, кустарниках, на вырубках. Л. волосистый (L. hispidum), встречающийся по горным склонам и в лесах на юге Европейской части СССР и на Кавказе, культивируют как эфирномасличное растение. Получаемое из его плодов эфирное масло содержит до 64% гераниола (используется в парфюмерной и пищевой промышленности).
Лазика
