Александритовый лазер

Александри́т—редкая ювелирная разновидность минерала хризоберилла (BeAl₂O₄), меняющего свою окраску от изумрудно-голубовато- и травяно-зеленой при дневном свете до красной, малиновой, пурпурно- или фиолетово-красной при вечернем и электрическом освещении. Окраска минерала обусловлена незначительной примесью хрома и железа.Александрит назван в честь Александра II, который еще будучи цесаревичем получил этот минерал в подарок на свое совершеннолетие.

На сегодняшний день александрит, искусственно выращенный, чаще всего используют как активный элемент в твердотельных лазерах. По своим оптическим и механическим характеристикам александритовый лазер похож на рубиновый. Твердость, прочность, химическая устойчивость, а также высокая теплопроводность (две трети от величины теплопроводности рубина, что вдвое больше, чем YAG) позволяют накачивать александритовые стержени на высокие мощности без теплового разрушения. Тепловой предел разрушения Александрита составляет 60% от рубина, что в пять раз выше, чем у YAG.

С повышением температуры площадь сечения вынужденного излучения возрастает с7 10^-21 см² при 300 К до 7 10^-21 см² при 475 K Отсюда следует, что генерацию с лучшими параметрами получают при повышенной температуре и лазер нередко работает при температуре порядка 100°С.

Александрит может работать как по четырех уровневой системе на электронно-колебательном переходе, так и по трех уровневой, аналогично рубину. Трех уровневая система имеет высокий порог генерации с фиксированной длиной волны на выходе (680,4 нм при комнатной температуре). Поэтому электронно-колебательный переход 4-х уровневой схемы оказывается более эффективным.

При этом время релаксации между уровнями 4T₂и 2Е очень короткое (менее 1 пс) Таким образом, можно считать, что эти два состояния всегда находятся в термодинамическом равновесии. Поскольку энергетический зазор ΔЕ между дном состояния 4T₂ и дном состояния 2Е в александрите (ΔЕ≈800см-1) составляет всего несколько kT, то в случае, когда состояние 2Е заселено, колебательные подуровни состояния 4T₂ также оказываются заметно заселенными. Следовательно, электронно – колебательные переходы из состояния 4T₂ оканчиваются на незаполненных уровнях состояния 4А₂ . Поскольку число участвующих в генерации колебательных уровней велико, излучение будет происходить в широком непрерывном интервале частот (λ=700-800 нм).

Хотя александрит может работать и в непрерывном режиме, маленькое сечение излучения делает более практичной импульсную генерацию с высокой частотой повторения импульсов в режиме либо свободной генерации (длительность выходного импульса порядка 200 мкс) либо генерации с модуляцией добротности (длительность выходного импульса порядка 50 нс). Средние мощности лазера на александрите достигли порядка 100 Вт при частоте 250 Гц.