Стремясь к совершенствованию лазерных систем, специалисты уделяют особое внимание проблемам, связанным с тепловыми процессами внутри активной среды твердотельных лазеров. Недавно исследователи обратили внимание на кристаллы с неравномерным распределением легирующего вещества. Предполагалось, что эти кристаллы должны улучшить тепловые характеристики в лазерах.
Китайские ученые из Хэфэйского института физики (HFIPS) предложили уникальное решение – разработку симметричных градиентно-легированных кристаллов Nd:YAG. В рамках эксперимента были синтезированы образцы Nd:YAG (с концентрацией легирующих элементов 0,17–0,38–0,17 ат.%) и Nd:GdYAG (0,18–0,32–0,18 ат.%). Если принять геометрический центр кристалла в качестве центра симметрии, концентрация легирующей примеси изменяется с одинаковой тенденцией от центра к обоим концам стержня, демонстрируя более высокую концентрацию в центре и более низкую концентрацию на обоих концах. Оба образца обладают идентичными характеристиками: диаметром 3 мм и длиной 80 мм. В качестве эталонного образца для сравнения использовали равномерно легированный стержень Nd:YAG с концентрацией 0,6 ат.% и с теми же размерами.
Как показали исследования градиентная концентрация кристаллов Nd:YAG снижает максимальную температуру на концах и обеспечивает более равномерное распределение температуры вдоль оси стержня, что, в свою очередь, увеличивает выходную мощность и эффективность лазера и улучшает качество луча.
Сейчас перед исследователями стоит задача провести тщательный анализ характеристик градиентных кристаллов и ответить на следующие вопросы: какой градиент концентрации лучше подходит для среды усиления, какие кристаллы Nd:YAG или Nd:GdYAG предпочтительнее выбирать для повышения эффективности?