Факультет «Электроника»

Кафедра ТООЭ

«ДОПУЩЕН К ЗАЩИТЕ»

Зав. кафедрой Е. А. Андрущак

_____________________________

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

ТЕМА: «Установка для регистрации коротких лазерных импульсов основной и удвоенной частоты неодимового лазера в режиме свободной генерации и в режиме модуляции добротности».

Руководитель дипломной работы доц. к.т.н. В. О. Умнов

Консультант по спец.части доц. к.т.н. В. О. Умнов 0

Консультант по экономической части старш. преп. Степанова Н. А.

Консультант по безопасности и экологичности проекта доц. В. С. Розанов

Консультант по ___________________________________________________

Рецензент ________________________________________________________

Исполнитель С. В. Объедков

Группа ЭО-1-07, шифр ЭО-071018

_______________________________

МОСКВА – 2013 г

Факультет электроники (ФЭ)

Кафедра теоретических основ оптоэлектроники (ТООЭ)

Система менеджмента качества обучения

СМКО МИРЭА 7.3/04.ЗДпр.1ЭО/О/200203-12

ЗАДАНИЕ

на дипломный проект

Дипломник Объедков Сергей Валерьевич

Шифр ЭО - 071018

Специальность «Оптико-электронные приборы и системы» (200203)

Группа ЭО-2-07

1 Тема дипломного проекта

Установка для регистрации коротких лазерных импульсов основной и удвоенной частоты неодимового лазера в режиме свободной генерации и в режиме модуляции добротности.

2 Техническое задание на выполнение проекта

Выбрать стендовую аппаратуру, элементную базу и зарегистрировать временные и энергетические характеристики излучения импульсного неодимового лазера (Nd³⁺:YAG) с длиной волны λ = 1.06 мкм в режиме свободной генерации и в режиме пассивной модуляции добротности, а также на удвоенной частоте.

3 Планируемые результаты выполнения проекта

Разработка новой лабораторной работы для практикума кафедры ТООЭ по оптической электронике. Внедрение новой лабораторной работы в практикум кафедры ТООЭ.

4 Этапы выполнения проекта

5 Содержание экономического раздела дипломного проекта

5.1 Расчет трудозатрат и составление сметы затрат на выполнение проекта

5.2 Разработка бизнес-плана и составление календарного графика выполнения проекта

5.3 Технико-экономическое обоснование целесообразности выполнения проекта

6 Задание по экологии и охране труда

Обеспечение норм безопасности при эксплуатации разрабатываемой установки.

7 Перечень разрабатываемых документов и графических материалов

1. Физические основы. Результаты исследований уровня техники.

2. Схемы стенда.

3. Методика юстировки установки.

4. Перечень аппаратуры стенда.

5. Результаты экспериментальных исследований.

6. Пояснительная записка.

8 Практическая значимость проекта

Практическая значимость проекта заключается в разработке новой лабораторной работы и внедрении ее в практикум кафедры ТООЭ.

9 Руководитель и консультанты проекта

10 Мониторинг выполнения проекта

СОДЕРЖАНИЕ:

Введение…………………………………………………………………………..6

Глава 1. Физические основы. Исследование уровня техник…………………..7

1.1 Обзор литературы по твердотельным лазерам на основе алюмоиттриевого граната с неодимом (АИГ: Nd³⁺)………………………………………………...7

1. Энергетические уровни ионов Nd³⁺ в кристалле АИГ………………….9

1.1.2 Неодимовые лазеры с импульсной накачкой…………………………...12

1.2 Динамические режимы работы лазера……………………………………13

1.2.1 Причины нестационарности лазерной генерации……………………...13

1. Режим свободной генерации…………………………………………….14

2. Режим модуляции добротности…………………………………………18

3. Пассивные модуляторы добротности……………………………………24

1. Преобразование частоты. Генерация второй гармоники………………..26

1.3.1 Нелинейная поляризация………………………………………………..26

1.3.2 Условие фазового синхронизма…………………………………………28

1.3.3 Генерация второй оптической гармоники………………………………30

Глава 2. Техническое описание и работа элементов лабораторного стенда...32

2.1 Излучатель ИЗ-25…………………………………………………………...32

2.2 Измеритель калориметрический ИКТ-1Н………………………………....35

2.3 Цифровой осциллограф GDS-71152A…………………………………….40

2.4 Юстировочный лазер ЛГН-225А………………………………………….46

2.5 Лавинный фотодиод ЛФД-2……………………………………………….47

2.6 Пассивный лазерный затвор LiF:F₂ ……………………………………….50

2.7 Преобразователь частоты на основе кристалла KDP…………………….51

Глава 3. Разработка и описание схем лабораторной установки…..................52

3.1 Оптическая схема установки……………………………………………….52

3.2 Схема оптическая принципиальная установки…………………………...55

Глава 4. Сборка и юстировка стенда…………………………………………..57

4.1 Схема и методика юстировки лазера……………………………………..57

4.2 Порядок выполнения работы……………………………………………..59

Глава 5. Результаты эксперимента……………………………………………..61

Глава 6. Организационно-экономическая часть……………………………..63

6.1 Описание основных разделов бизнес-плана-проекта…………………..63

6.2 Расчет сметной стоимости и договорной цены проекта…………………66

6.3 Технико-экономическое обоснование целесообразности выполнения проекта……………………………………………………………………………….72

6.4 Организационно-экономические результаты…………………………...73

Глава 7. Экологичность и безопасность труда………………………………..74

7.1. Проект оптимального рабочего места инженера……………………….75

7.2 Защита от лазерного излучения…………………………………………...83

7.3 Расчет лазерно-опасной зоны………………………………………………89

7.4 Электробезопасность……………………………………………………….91

Заключение………………………………………………………………………94

Список используемой литературы……………………………………………95

Введение:

Одним из наиболее перспективных и важных направлений развития лазерной техники является разработка мощных твердотельных лазерных систем. Это обусловлено широкими возможностями применения такого типа излучателей в различных областях науки и техники. Среди них лазеры на кристаллах алюмоиттриевого граната, активированного ионами неодима Nd³⁺ (АИГ: Nd³⁺), занимают одно из ведущих положений. Это связано с тем, что эти кристаллы по сравнению с другими лазерными активными средами обладают удачным сочетанием физических и спектральных свойств, позволяющих успешно работать практически во всех режимах гене­рации (импульсной, свободной, непрерывной, модуляции добротности).

Дипломный проект посвящен установке для регистрации лазерных импульсов в режиме свободной генерации и в режиме модуляции добротности на основной и удвоенной частоте лазера на кристалле АИГ: Nd³⁺. В соответствии с заданием необходимо было решить следующие основные задачи:

1. По материалам научно-технической литературы провести обзор по твердотельным лазерам на кристаллах АИГ: Nd³⁺ с ламповой накачкой. Описать физические процессы режимов работы лазера и удвоение частоты.

2. Разработать схему и методику юстировки, а также порядок проведения работы на лабораторной установке.

3. Измерить энергетические и временные параметры выходного излучения лазера.

1. Физические основы. Исследование уровня техники.

1.1. Обзор литературы по твердотельным лазерам на основе алюмоиттриевого граната с неодимом (АИГ-Nd³⁺).

Среди лазерных кристаллов, легированных неодимом, наибольшее распространение получил кристалл алюмоиттриевого граната Y₃Al₅O₁₂. Чистый, нелегированный АИГ – это бесцветный, твердый, прозрачный кристалл кубической симметрии. Его оптические свойства изотропны – показатель преломления не зависит от направления распространения света и его поляризации. Основные физико-химические свойства кристалла АИГ приведены в таблице: [1]

Важнейшим лазерным ионом-активатором для кристаллов АИГ является Nd³⁺, изоморфно замещающий ионы иттрия.