В. Лазер на неодимовом стекле
В процессе пойска твердотельных лазерных материалов было обнаружено, что ионы редкоземельных элементов, в частности неодима, могут быть внедрены не только в кристаллические среды, но и в аморфные среды типа стекол. Большим достоинством таких материалов является сравнительно простая и высокопроизводительная технология их получения.
Наиболее крупные лазерные активные элементы из стекла, активированного неодимом, имеют длину 750 мм при диаметре 50 мм; выпускаются также элементы в виде прямоугольных параллелепипедов меньшей длины, но большего поперечного сечения.
Наибольшее распространение в качестве активатора для «лазерных» стекол получил именно неодим вследствие тех самых качеств структуры уровней его ионов, о которых было сказано в предыдущем разделе применительно к гранату. Генерационные свойства лазера на неодимовом стекле во многом схожи поэтому со свойствами АИГ-лазеров: длина излучаемой волны равна 1,06 мкм, порог генерации низок (хотя для большинства стекол он все же выше, чем у граната), удельная энергия излучения, получаемая с единицы объема активного элемента в импульсном режиме, имеет тот же порядок, что и для граната. Однако есть и существенные различия между этими двумя типами материалов. Прежде всего низкая теплопроводность стекла (она в десятки раз меньше, чем у граната) ограничивает возможность отвода тепла, выделяемого в активном элементе, и создает значительный градиент температуры в поперечном сечении последнего. Так как показатель преломления стекла существенно зависит от температуры, неравномерность ее распределения приводит к искажению хода лучей в резонаторе (возникновению «тепловой линзы») и нарушению работы лазера. По этой причине, в частности, не достигается генерация лазеров на стекле в режиме непрерывной накачки. Кроме того, усиление на единицу длины активной среды в неодимовом стекле сравнительно невелико (меньше, чем в рубине), и длительность импульсов излучения в режиме модуляции добротности получается соответственно большой (обычно 20—50 нс). *
Указанные недостатки неодимовых стекол в самое последнее время частично удалось преодолеть. Разработаны концентрированные неодим-фосфатные стекла (КНФС) с улучшенными характеристиками, весьма привлекательные для создания лазерных дальномеров. Однако промышленное освоение этих новых видов стекол еще только начинается. Что же касается более освоенных типов неодимовых стекол, то их применение в лазерах, создаваемых для целей космической геодезии, целесообразно прежде всего при разработке очень мощных импульсных генераторов, когда главная задача состоит в получении максимальной энергии излучаемого импульса (например, при измерении расстояния до очень далеких космических объектов).
К рассмотренным видам твердотельных сред (рубин, АИГ и неодимовое стекло) можно добавить некоторые новые материалы — александрит и др., полученные в последнее время в СССР и США. Их свойства позволяют надеяться на появление в ближайшем будущем эффективных лазеров, перспективных для дальнометрии.