Jak potlačit tepelné ztráty a postavit účinnější laser?

Text

Vývoj diodově buzených tenkodiskových laserů s vysokým středním výkonem motivuje ke zvyšování účinnosti laserového řetězce a minimalizaci ztrát. Tepelné ztráty laseru vznikají z rozdílu mezi energií fotonu budicího a emitovaného, vlivem nezářivých přechodů a nelineárních jevů. Teplo snižuje optickou účinnost systému, způsobuje degradaci profilu laserového svazku a limituje maximální výkon a stabilitu laseru. Zabývali jsme se Yb:YAG monokrystaly, které se hodí pro zesilování infračervených laserových pulsů na vysoké výkony. V Yb:YAG tenkodiskových laserech buzených na vlnové délce 940 nm dochází vlivem nelineární relaxace fononů k nelineárnímu růstu teploty. To způsobuje vysokou provozní teplotu aktivního prostředí (> 100°C) a zpravidla i asférickou deformaci vlastního tenkého disku s tloušťkou asi 200 μm. Výkonově závislou asférickou deformaci disku sloužícího i jako zrcadlo laserového rezonátoru nelze kompenzovat sférickými zrcadly a laser se stává nestabilním. Tento problém jsme vyřešili použitím buzení přímo na horní laserovou hladinu na vlnové délce 969 nm. To zcela potlačilo pozorovanou nelineární relaxaci fononů. Výrazně klesla i pracovní teplota a deformace tenkého disku. Tento vůbec poprvé experimentálně pozorovaný jev nyní umožní stavět výkonnější a účinnější lasery.

 

Nelineární růst povrchové teploty tenkého laserového disku buzeného na vlnové délce 940 nm vlivem nelineární relaxace fononů (CBL) a její potlačení při použití inovativního buzení přímo na horní laserovou hladinu (ZPL). Efekt byl ověřen jak v režimu fluorescence (FL), tak i laserové akce (LA).