Устройство и важнейшие характеристики рубинового лазера

Активные элементы рубиновых лазеров имеет форму цилиндра диаметром от 5 до 16 мм и длиной от 80 до 240 мм. Типовое отношение длины к диаметру равно примерно 15–20. Обычная концентрация ионов хрома — 0,05 %. Рубин обладает двулучепреломлением и дихроизмом, поэтому для улучшения однородности излучения ось активного элемента чаще всего выбирают совпадающей с оптической осью монокристалла. Влияние дихроизма на эффективность накачки следует учитывать при монтаже активного элемента в осветитель, согласуя направление наибольшего поглощения с направлением излучения ламп. Иногда ось активного элемента ориентируют ортогонально оптической оси монокристалла. В этом случае излучение лазера будет иметь линейную поляризацию, направление которой жёстко привязано к ориентации оптической индикатриссы кристалла. Ориентацию оптической оси кристалл наследует от ориентации затравки на стадии выращивания слитка.

Номенклатура размеров активных элементов, выпускаемых промышленностью, согласована с номенклатурой импульсных газоразрядных ламп. Особенность рубинового лазера как трёхуровневого требует добиваться как можно более однородного освещения активного элемента по всему его объёму. Для этого длина ламп, размеры корпуса осветителя, светоотражателя и активного элемента должны быть оптимально согласованы.

Часто описываемые в учебной и справочной литературе отражатели с эллиптическими поверхностями, сложные в изготовлении, применяются редко. Практический опыт показывает, что гораздо большее значение имеет предельно компактное размещение ламп накачки и активного элемента, а диффузный светорассеиватель обеспечивает гораздо лучшую равномерность накачки в сравнении с зеркальными.

Торцы активного элемента должны быть плоскими и отполированными по наивысшему классу точности. Торцы для удобства юстировки оптической схемы выполняют параллельными. Их плоскости могут быть ортогональными оси активного элемента или скошенными (чаще всего для проходных усилительных каскадов и для лазеров с особыми требованиями к спектру излучения, где недопустимо влияние излучения, отражённого от торца, за счёт его интерференции с исходным излучением). Иногда торцы срезают под углом Брюстера; в этом случае излучение лазера также линейно поляризовано, а в проходном усилителе обеспечивается наилучшая развязка входа от выхода.