Образцы Cr2+:ZnSe были отполированы с двух сторон и проанализированы методом ИК Фурье-спектроскопии. Все образцы имели полосу поглощения с максимумом в области 1,77 мкм; концентрация ионов Cr2+ была на уровне 1018 ат/см3. [1]

Этот материал является одним из наиболее удобных для создания перестраиваемого лазера в диапазоне 2 - 3 мкм. Он имеет широкие полосы поглощения и генерации. Зависимость сечений поглощения и излучения кристалла от длины волны представлена двумя графиками на Рис. 1 [2].

Рис. 1 [1]

Поглощение кристалла находится в диапазоне длин волн: 1500 - 2100 нм, наиболее сильное поглощение происходит на 1800 нм [3]. Перекрытие линий излучения и поглощения в области 1800-2200 нм приведёт к существенным потерям на рабочем переходе, что является ограничением диапазона перестройки лазера. Соответственно источник накачки рабочей среды перестраиваемого лазера выбирается с учетом этих особенностей. В данной работе для накачки использовался тулиевый лазер Tm:YLF (1.908 мкм).

Характеристики кристалла приведены в таблице:

Диаграмма энергетических уровней изображена на рис. 2.

Поскольку уровни 5T2 и 5E уширены за счет ион-фононных взаимодействий, то реализуемая схема генерации близка к четырехуровневой. Возбуждение происходит с уровня 5T2, на верхние колебательные подуровни состояния 5E, затем происходит быстрая колебательная релаксация по подуровням 5E. Лазерный переход 5E > 5T2 осуществляется на свободные колебательные подуровни состояния 5T2.

Спектр пропускания синтезированного образца Cr2+:ZnSe толщиной l=3.8 мм (уmax?8.7Ч10-19 см2, N0?1.8Ч1018 см-3) изображен на рис. 3 .

Рис. 2. Диаграмма энергетических уровней Cr2+:ZnSe

Схема лазера

Рассмотрим принцип действия эталона. Длина волны л максимума пропускания m - го порядка эталона ФП толщиной t, с показателем преломления n и углом б между нормалью к поверхности эталона и оптической осью резонатора определяется выражением:

, (1)

- угол преломления, .

Угловая дисперсия:

,

Спектральная ширина при расходимости пучка :

 (2)

Сдвиг длины волны при повороте эталона на угол б положения, перпендикулярного оптической оси резонатора, даётся выражением:

,

Где л0 - длина волны при б = 0.

Расстояние между интерференционными максимумами эталона ФП

(3)

Спектральная ширина полосы излучения вблизи л0 определяется коэффициентом отражения R зеркал эталона ФП:

,

где фактор резкости. (4)

Фактор резкости является одной из основных характеристик эталона. Контраст интерференционных полос также определяется коэффициентом отражения зеркал интерферометра

(5)

Из этих соотношений можно определить спектральные характеристики лазерного излучения с селективным резонатором, а также сделать оценки параметров эталона ФП, которые требуются для получения узкой полосы генерации в заданной области спектра.

Недостатком селектора на базе эталона ФП являются большие неселективные потери

(Рис. 11.) Потери обусловлены тем, что световые пучки с длинами волн, не удовлетворяющими максимуму пропускания эталона, отражаются и тем самым не участвуют в выходном лазерном излучении.

Рис. 11. Зависимость выходной мощности Cr2+:ZnSe лазера от мощности накачки в неселективном резонаторе и в резонаторе с эталоном

В качестве эталона ФП в эксперименте была выбрана пластинка из кремния (Si), толщиной t = 450 мкм. Для л=2.3 мкм n = 3.4437 (Рис. 12), что определяет коэффициент отражения на поверхности пластинки R ? 0.302. Область свободной дисперсии, согласно выражению (3) Дл ?1.73 нм. Фактор резкости F?2.5. Контраст г?3.5. Ширина максимума пропускания эталона дл ?0.7 нм.

Рис 12. Зависимость показателя преломления кремния от длины волны

Из спектра генерации получаем экспериментальные значения выше описанных величин F=5.8 (Рис.13). Расстояние между спектральными максимумами Дл ? 1.74 нм. Ширина линии максимума генерации дл ? 0.3 нм. Интенсивность генерации в спектральных областях между максимумами Imin = 0.

Рис. 13. Спектр генерации лазера на поликристалле Cr:ZnSe с эталоном ФП

Сопоставляя экспериментальные результаты с оценками, можно сделать вывод, что величины коэффициента отражения R?0.3 достаточно для обеспечения 100 % контрастности. Отношение Fэксп/Fтеор ? 2.3, объясняющееся пороговым характером лазерной генерации, позволяет определять величину отражающих покрытий R эталона по требуемой ширине линии генерации.

Селективный резонатор с призмой