Данная статья - начало цикла статей о лампах накачки твердотельных лазеров. Пердставленая информация - сведение воедино разрозненых справочных данных, частично - перевод с английского языка. Будем рады, если информация окажется полезной в Вашей работе, приветсвуется обратная связь. Пишите, если есть вопросы, или нашли ошибку (куда же без них родимых...).

Введение

Дуговые и импульсные лампы, объем которых заполнен инертными газами криптоном и ксеноном широко используются в качестве источника оптической накачки твердотельных лазеров. В первом лазере на рубине, разработанном Мейманом в 1960 году, использовалась лампа, предназначенная для студийной фотографии. За прошедшие годы, производство ламп для накачки лазеров превратилось в отдельную отрасль, произведено множество исследований, получены выдающиеся результаты.

Материалы колбы

В настоящее время в качестве колбы используются следующие материалы:

• кварцевое стекло;

• пайрекс (сверхпрочное стекло).

В свою очередь кварц делится на следующие типы:

• чистый кварц;

• легированный кварц;

• синтетический кварц;

Основным требования к выбору материала колбы – спектральное пропускание во всем диапазоне излучения лампы, способность не пропускать газовые частицы, способность выдерживать высокие температурные градиенты и механическая прочность.

Чистый кварц

Наиболее распрастраненный материал, выдерживает температуры до 600град Цельсия. Пропускание в широком спектре от 220нм. Основной недостаток кварца – изменение пропускания при больших мощностях, из-за присутствия центров окраски (ионы, примеси алюминия, германия и редкоземельных металлов).

Легированный кварц

Спектр пропускания УФ излучения ламп может быть изменен добавлением различных примесей, обычно оксидов церия или титана. Отсечка УФ излучения увеличивает срок службы колбы, позволяет использовать лампы на открытом воздухе, где УФ излучение приводит образованию озона. Также фильтрация УФ спектра позволяет использовать лампы для накачки Nd:YAG кристаллов (УФ излучение вредит кристаллу, покрытию отражателя и герметизирующим силиконовым прокладкам). Кварц с добавлением оксида церия пропускает от 380нм. УФ излучение переизлучается колбой в видимом спектре из-за явления флуоресценции, что увеличивает эффективность накачки. Легированный кварц наиболее распрастраненный материал для изготовления ламп накачки лазеров. Кварц с добавлением оксида титана также отрезает УФ часть спектра, однако не флуоресцирует и сильно подвержен изменению пропускания из-за центров окраски. Такие лампы используются в основном в медицинском оборудовании.

Синтетический кварц

Синтетический кварц обладает наиболее выдающимися характеристиками, пропускает от 160нм, полностью исключены центры окраски, выдерживает высокие перепады температур. Наиболее дорогой материал.

Рис.1. Спектральные характеристики пропускания материалов колбы.

Толщина колбы

Обычно используются колбы с толщиной стенки 1мм, что является идеальным компромиссом между механической прочностью, доступностью, технологичностью и температурными свойствами материала. Если внутренний диаметр ламп более 12мм используют колбу толщиной 1.25-1.5мм. Толщины более 2.5мм, 3мм нежелательны для использования, т.к. температурные градиенты приводят к растрескиванию материала. Для криптоновых ламп характерны большие средние мощности и низкие пиковые мощности, поэтому для снижения температурных градиентов желательно использование толщины кварца 0.5мм.

Как правило, производят лампы с внутренними диаметрами от 2мм до 12мм с шагом 1мм. По спецзаказу возможны промежуточные значения, но это приводит к существенному удорожанию. Точности диаметров обычно 0.3мм. Для внутренних диаметров 2-4мм точности могут быть существенно увеличены, что очень положительно сказывается на повторяемости параметров лампы, особенно импеданса.