Генерационные характеристики квазитрехуровневого Nd : KGW-лазера с диодным возбуждением

Abstract

Отмечено, что эффективность генерации неодимового лазера по квазитрехуровневой схеме при накачке с различных подуровней основного состояния определяется главным образом параметрами кристаллической матрицы и существенно зависит от температуры. Проведено теоретическое исследование и сравнение энергетических характеристик излучения неодимового лазера с матрицами калий-гадолиниевого вольфрамата и иттриево-алюминиевого граната при генерации по такой схеме. Анализ выполнялся для модели лазера с торцовой накачкой лазерным диодом. Использовалась точечная модель активной среды, балансные уравнения решались методом Рунге – Кутты. Показано, что для матрицы калий-гадолиниевого вольфрамата эффективность генерации на порядок выше, чем для иттриево-алюминиевого граната, что обусловлено более высокими значениями концентрации ионов неодима и сечения поглощения. Пороговая мощность возбуждения в случае обеих матриц сильно зависит от энергии подуровня, с которого происходит поглощение, и увеличивается примерно на порядок при накачке с самого верх-него из возможных подуровней по сравнению с нижним, что связано с различной тепловой заселенностью всех подуровней основного состояния, определяемой температурой среды. Рассмотрено влияние температуры на параметры генерации лазера. Показано, что интенсивность излучения монотонно убывает, а пороговая мощность увеличивается с ростом температуры при накачке со всех подуровней. = The generation efficiency of a quasi-three-level neodymium laser on pumping from different sublevels of the ground state is mainly governed by the crystal parameters, being significantly dependent on temperature. This paper presents a theoretical analysis and comparison of the lasing characteristics of neodymium-doped potassium-gadolinium tungstate crystals and neodymium-doped yttrium aluminium garnet lasers when using such pumping scheme. The analysis is performed for a diode end-pumped laser. A point model for the active medium is applied. The balance equations are solved by the Runge – Kutta method. It is shown that, as compared to yttrium aluminium garnet, the generation efficiency for potassium-gadolinium tungstate is higher almost by an order of magnitude due to higher concentrations of neodymium ions and also to greater absorption cross-sections. For both crystals, the threshold pump power is strongly dependent on the energy of the pumping sublevel from which absorption takes place, growing approximately by an order of magnitude in the case of pumping from the upper sublevel compared to the lower one. This stems from different thermal populations of all sublevels of the ground state which are determined by the medium temperature. Besides, the parameters of lasing are considered as a function of temperature. It is shown that, for pumping from all sublevels, the radiation intensity is decreasing and the threshold pump power is growing with temperature.