Главная » Просмотр файлов » Айхлер Ю., Айхлер Г.-И. Лазеры. Исполнение, управление, применение (2008)

Айхлер Ю., Айхлер Г.-И. Лазеры. Исполнение, управление, применение (2008) (1095903), страница 12

Файл №1095903 Айхлер Ю., Айхлер Г.-И. Лазеры. Исполнение, управление, применение (2008) (Айхлер Ю., Айхлер Г.-И. Лазеры. Исполнение, управление, применение (2008)) 12 страницаАйхлер Ю., Айхлер Г.-И. Лазеры. Исполнение, управление, применение (2008) (1095903) страница 122018-12-30СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 12)

Подобная линейная зависимость наблюдается, например, у твердотельных лазеров, где И' соответствует мощности, или энергии возбуждения источника света Р При этом стационарное число частиц в основном состоянии Лг, у многих четырехуровневых лазеров примерно равно общему числу частиц ЛР, так как возбуждается лишь относительно небольшое число атомов.

Используемая мощность накачки И', выражена в уравнении (2.46) таким образом: Слабые релаксационные калебанин Скоростные уравнения (2.43) и (2.44) для величины населенности Ж, верхнего лазерного уровня и плотности фотонов Ф приходится решать только в том случае, если обнаруживаются расхождения со стационарными значениями: Ж,— Хм+ и, Ƅ— У, (2.49) Ф=Ф, + ф. (2.50) Такие отклонения имеют место, например, когда в лазере внезапно возникает кратковременное возмущение. Тогда встает вопрос, как быстро число фотонов вновь вернется к стационарному состоянию. Также и при включении лазеров возможны определенные неустановившиеся процессы.

Сначала отклонения п и ф от стационарных величин принимаются как малые значения. Затем путем подстановки уравнений (2.49) и (2.50) в уравнения (2,43) и (2.44) приближенно получаем: — =- Ис + — +асФ и-й1, са~р= — Ь' 1+ '~ и — <р/т, (2.51) ~2 7Х вф — =саФ и. й (2. 52) После исключения ф имеем; 12 ( —,+гб — - ' =0 й' сй (2.53) с декрементом затухания (2. 54) и частотой релаксации (2.55) В уравнении (2.54) принимается Юм» Ж„, как это обычно бывает у 4-уровневых лазеров.

Уравнение (2.53) описывает затухающие колебания. Способ решения зависит от относительных величин Л и ш Значения Л и ез должны быть поэтому определены для типовых газовых, твердотельных и диодных лазеров. Здесь принимается И'/И' = 2; т, вычисляется по уравнению (2.42); т,берется из таблицы 2.1, а результаты для Л и а представлены в таблице 2.3. Для Л > а, то есть для примера со стеклянным лазером, получаем решения согласно уравнению (2.53) с монотонным затуханием. При Л < а, то есть у твердотель- накачки.

Также и у полупроводниковых лазеров находит применение уравнение (2.48), причем там значение И; пропорционально току возбуждения. Уравнение (2.48) соответствует выведенному ранее уравнению (2.35), если предположить, что показатель усиления я, пропорционален мощности накачки И'.

к ных лазеров г«д: ИАГ и диодных лазеров, получаются затухающие осцилляции для и: п=п„,„ехр( — Ьг)соа Я вЂ” б'г. т«а»ааа з.з. Постоянные времени Л и ге релаксации населенностей (2. 56) Для плотности фотонов имеют место, согласно уравнению (2.52), такие же осцилляции. Сильные релаксационные колебания Колебания плотности фотонов могут быть вычислены в уточненном прибли- жении — также с помощью уравнения (2.44). При Л~,= Ж„+ п и Аг„ос = 1/т, имеем: ИФ вЂ” =ппсФ.

с(г (2.57) Уравнение (2.56) должно использоваться здесь без учета затухания: п(Ь=О)=п, соашг. (2.58) В результате подстановки в (2.57) и интегрирования получаем: Ф = Ф ехр яп аз 1 . так (2.59) Этот результат показывает, что релаксационные колебания в плотности фотонов при более точном вычислении не модулированы синусоидальным сигналом, а при достаточно больших флуктуациях п,„величины населенности плотность фотонов Ф обнаруживает пульсации в форме так называемых «пичков», амплитуда которых выражается посредством: Г 2« а ширина через: 21п2 2!п2г, з(езсоп „„1( рга В качестве примера получаем при р= 1 % и указанных выше численных значениях т = 7 10-" сек и ге=4 10' Гц максимальную плотность фотонов Ф,„= 40Ф, и ширину «пичков» г,= 3 1О-" сек.

Таким образом, незначительные флуктуации величины населенности приводят к заметным изменениям плотности фотонов и, следовательно, выходной мощности. (64 Г 2.П щ Появление релаксаиионных колебаний Скоростные уравнения (2.43) и (2.44) используются с целью описания сильных релаксационных колебаний при включении лазеров непрерывного действия и для рассмотрения процесса излучения лпичковь у импульсных твердотельных лазеров. Необходимое для этого приближение представлено в уравнении (2.59). Однако для более точного описания требуются численные решения скоростных уравнений, которые подробно рассматриваются в главе 17. Скоростные уравнения и соответствующие решения обсуждаются в этом разделе с плотной привязкой к условиям работы четырехуровневого твердотельного лазера— например, на иттрий-алюминиевом гранате, легированном неодимом.

Но подобные скоростные уравнения могут быть составлены и для рубинового лазера, трехуровневого твердотельного лазера. Рубиновый лазер тоже демонстрирует отчетливый импульсный режим работы, частично хаотичные релаксационные колебания или пички. Также и диодные лазеры обнаруживают релаксационные колебания, которые обязательно должны учитываться, например, при быстрой модуляции таких лазеров в целях передачи информации. ЗАДАЧИ 2.1. В лазерном кристалле на стекле с неодимом длиной 5 см имеет место выходное излучение мощностью 1 Вт и 3 Вт. Каковы будут: (а) коэффициент усиления 6 и (б) дифференциальное усиление я? 2.2.

Активная среда лазера обладает дифференциальным усилением 0,05 см '. Во сколько раз усилится свет после 12 ем? 2.3. Гелий-неоновый лазер длиной 1 метр достигает коэффициента усиления 0= 1,1. Каково здесь дифференциальное усиление? 2.4. Верхний уровень гелий-неонового лазера имеет время жизни 20 нс, а нижний уровень — ! 2 нс. Какова естественная ширина линии? Сравните полученное значение со столкновительным и доплеровским уширениями (см.

данные в специальной литературе). 2.5. Вычислить доплеровское уширение в гелий-неоновом лазере (при 100 'С) и сравнить полученный результат с измеренной шириной линии 1,5 ГГц. 2.6. Лазер на красителе (родамине 6Ж) имеет ширину линии 80 ТГц. Центральная частота составляет 0,60 мкм. Вычислить максимальную и минимальную длину волны лазерного пучка. 2.7.

Рассчитать оптимальный коэффициент отражения Я,„выходного зеркала, который в случае лазера с однородным уширением линии и слабым усилением приводит к максимальной выходной мощности. Вычислите )1„„числовым способом для непрерывно действующего малогабаритного лазера на алюмоиттриевом гранате с 8,г(= 0,2; Т= 0,98; 7, = 10 Вт/сМ'. Укажите также плотность внутри- и внерезонаторной мощности и выходную мощность при площади поперечного сечения пучка 1 мМ'. 2.8.

Каким минимальным коэффициентом отражения должны обладать зеркала гелий-неонового лазера длиной 50 ем для возбуждения красной и зеленой линий? Дифференциальное усиление составляет О,! м-' и, соответственно, 0,005 м-'. Зд 65) 2.9. Покажите, каким образом коэффициент усиления газов с неоднородным уширением в результате эффекта Доплера может быть выражен через гауссову функцию (см. уравнения 2.24 и 2.25).

Ширина частоты усиления газовой частицы (масса а, резонансная частота ч„) принимается как угодно малой. Следует исходить из распределения газовых частиц по Максвеллу, которое описывает число частиц с определенной постоянной скорости гп лат') р(и) -ехр 2/сТ! 2.10. Допустим, дана двухуровневая система (величины полной заселенности Л",, Лг,), где энергетические уровни имеют я,- и я,-кратное вырождение. Требуется вычислить соотношение эффективных поперечных сечений и коэффициенты Эйнштейна для поглощения и индуцированного излучения.

Каким будет это соотношение для перехода между основным состоянием и первым возбужденным состоянием атома водорода? 2.11. (а) Вычислить для четырехуровневого лазера в стационарном состоянии плотность населенности ЛГ, верхнего лазерного уровня при условии, что нижний лазерный уровень очень быстро распадается (Лг, = О). При расчете можно воспользоваться уравнением (2.43).

(б) Доказать правильность результатов уравнений (2.26) и (2.27). ГЛАВА З ТИПЫ ЛАЗЕРОВ Искусственно созданное слово «лазер» есть производное от английского «11яйг ащрййса1юп Ьу з11пш!а1ег! аш1зз1оп оГ гагйа1юп» и означает основополагающий процесс «усиления света путем индуцированного испускания», ведущий к генерации лазерного излучения. Об индуцированном, или вынужденном испускании писал еще Эйнштейн в 1905 г. в связи с законом излучения Планка: атомы под воздействием внешнего излучения переходят в состояние с меньшей энергией, излучив при этом электромагнитные волны. Но только в 1960 г, удалось привлечь этот процесс для генерации когерентного излучения.

Итак, усиливаемое излучение пропускают через среду, в которой с помощью вспомогательного излучения или другим путем создают избыточную по сравнению с равновесной концентрацию атомов других частиц или их систем на верхних энергетических уровнях, соответствующих возбужденным состояниям. Используемые до сих пор источники света — солнце, лампы накаливания и газоразрядные лампы — посылают свои лучи во все направления пространства с относительно неопределенной частотой, в то время как лазер, в отличие от них, излучает хорошо сфокусированный пучок с четко фиксированной частотой.

Характеристики

Список файлов книги

Свежие статьи
Популярно сейчас
Почему делать на заказ в разы дороже, чем купить готовую учебную работу на СтудИзбе? Наши учебные работы продаются каждый год, тогда как большинство заказов выполняются с нуля. Найдите подходящий учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6367
Авторов
на СтудИзбе
310
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее