Айхлер Ю., Айхлер Г.-И. Лазеры. Исполнение, управление, применение (2008) (1095903), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Это снижает тепловые влияния на процесс генерации лазерного излучения и способствует повышению качества пучка. В силу короткой длины активной среды поглощение света накачки не очень велико, как и усиление на проход. Эта проблема решается за счет сильного легирования и обеспечения многократных проходов излучения накачки. Правда, генерация коротких импульсов высокой энергии затруднительна, так как объем активной среды довольно мал и, следовательно, в нем запасается не столь много электронной энергии возбуждения, преобразуемой затем в лазерный импульс.
Волоконные лазеры Лазерные стекла вытягиваются в тонкие стекловолокна, которые подлежат (преимущественно оптической) накачке через выходной торец (рис. 9.24). Такие волоконные лазеры генерируют дифракционно-ограниченное излучение основной моды, если используется одномодовое волокно. Благодаря большой — по сравнению с объемом — площади волокна имеет место эффективный отвод тепла, что позволяет обходиться без дополнительного охлаждения подобных волоконных лазеров. Функционирующие в непрерывном режиме волоконные одномодовые 9. 7. Дисковые и волокаиныелазеры с дигзг)пои накачкои ! 79$) дагергя на акзпвнои среде с неолимом1енерируют выходные могдности до! Вг при наилу ~шем качестве ну~ха.
Более высокие мошносзи достигаются волоконными па герами с двойной сердцевиной (рис. 9.27 П Активная сердцевина, определяю шая качество пучка лазерной системы, находится в окружении второи сердцевины. Вта так назьпзаемая сердцевина накачки выводит излучение накачки из диодного лазера. 1Х1опшос1ь непрерывного волоконного лазера с двойнои сер щевпной может сосзав1дть несколько сотен Д" ( ~ВО Г * (О П у Р Г р задачи 9.1.
(а) Вычислить максимальную плотность энергии, которая может накапливаться в кристалле после накачки рубинового лазера с концентрацией Сг = 0,05 весовых % Сг,О, (массовое число Сг = 52, О = 16, плотность рубина р = 4 г/см', число Авогадро?4 = 6,02. 10" моль '). Следует учесть, что только атомы Сг способствуют процессу генерации лазера. (б) Какова максимальная энергия, излучаемая в одном лазерном импульсе (при диаметре кристалла г? = 3 мм, длине 1 = 5 см)? (в) Каковы величины пиковой мощности импульсов и интенсивности при длительности импульсов 10 нс? 9 2.
Линия Я, рубинового лазера имеетдлину волны 694 3 нм. Линия Я, исходит от уровня, лежащего выше на 29 см'. Вычислить длину волны линии Яг 9.3. Определить пороговую инверсию для лазера на алюмоизтриевом гранате, лв гированном неодимом. Зеркала обладают коэффициентом отражения??, = 11 и Я, = 0 8. Стержень лазера имеет длину 5 см. Эффективное поперечное сечение для индуцированного излучения составляет и = 3,5 10 "см'.
9.4. Вычислить интенсивность излучения для кристалла Хд:ИАГ (1,06 мкм). Время жизни на верхнем лазерном уровне составляет 230 мкс, а эффективное поперечное сечение для индуцированного излучения равно 3,5 10 "см'. Какая мощность лазерного генератора должна поглощаться в усилителе Хд: ИАГ с диаметром д = 8 мм, чтобы эффективно принять запасенную энергию в усиленный пучок? 9.5. Твердотельный неодимовый лазер функционирует с конденсатором 10 мкФ и напряжением 1 кВ.
Коэффициент полезного действия составляет 1 % (а) Каковы энергия и мощность у нормальных импульсов длительностью 0,1 мс? (б) Вычислить среднюю мощность при частоте повторения импульсов 10 Гц. 9.6. Иипульсный неодимовый лазер преобразует 1,5 % энергии лампы-вспышки в лазерное излучение. Вычислить: (а) энергию в импульсе, импульсную мощность и среднюю мощность лазерного излучения при длительности импульсов 0,2 мс, энергии накачки 1 Дж и частоте повторения 20 Гц, а также (б) определить те же параметры при модуляции добротности (без потерь) с длительностью импульсов 5 нс. 9.7.
Спределить размеры камеры накачки с эллиптическим поперечным сечением для лазера на алюмоиттриевом гранате с неодимом. Лампа-вспышка и стержень должны иметь межосевое расстояние 10 мм. Допустим, соотношение полуосей составляет 1,15. Каковы предполагаемые полуоси камеры накачки? 9.8. (а) Почему лазер на эрбии при 3 мкм не может функционировать в непрерывном режиме? (б) Какие свойства этого лазера делают его интересным для медицины? 9.9. Сравните рубиновый лазер с лазером на александрите.
9.10. Почему Тйба-лазер функционирует преимущественно с накачкой другим лазером? Какие лазеры годятся для этой цели? ГЛАВА 10 ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ЛАЗЕРЫ Вскоре после создания первого лазера, уже в 1961 году, появились сообщения о разра- ботке полупроводниковых лазерных установок. Вначале речь шла исключительно об импульсной генерации при низких температурах, и только позднее удалось получить и непрерывный режим при комнатной температуре.
Полупроводниковый лазер весьма перспективен с зкономической точки зрения и уже сейчас производится в больших количествах для использования в обычных потребительских товарах, в том числе: в цифровых музыкальных центрах, ПЗУ сверхбольшой емкости на компакт-дисках (СО- и ОЧО-КОМ) для персональных компьютеров и в лазерных принтерах. Среди прочих областей применения можно назвать, например, системы дальней связи, обработку материалов и медицинскую технику.
Ниже приведены основные свойства полупро- водниковых лазеров, отличающие их от прочих лазерных установок: ° компактное исполнение с размерами в диапазоне от микро- до миллиметров, что значительно облегчает монтаж полупроводниковых лазеров в любом оборудовании, ° прямое возбуждение с низкими электрическими токами и напряжениями, например, 10 мА при 2 В для выходных мощностей порядка 10 мВт, что позволяет питание электроэнергией на основе обычных транзисторных схем, ° при возбуждении высокими токами обеспечивается возможность достижения выходных мощностей от нескольких сотен Вт до нескольких кВт, ° большой коэффициент полезного действия — выше 50 %, ° возможность прямой модуляции посредством тока возбуждения с частотами до 10 ГГц, что весьма важно при использовании в области передачи информации по стекловолокнам, ° небольшой диаметр пучка, вводимого прямо в стекловолокнах при оптической передаче информации, ° высокая степень интеграции с электронными компонентами и схемами, а также с оптическими волноводами и другими элементами такого рода — главное условие получения комплексных оптоэлектронных переключательных контуров как на базе полупроводниковых соединений Ал'В', так и на кремниевых подложках, ° создание основанной на полупроводниках технологии как способа массового производства с минимальными затратами.
В отношении недостатков следует, прежде всего, указать тот факт, что по при- чине небольшого резонатора получают излучение с сильной дифракционной рас- ходимостью. Однако с помощью соответствующих линз или коллимационной оптики достигаются почти параллельные пучки. Далее, отмечается недостаточная стабильность частоты в одномодовом режиме, но длина когерентности путем при- нятия специальных мер может быть увеличена до 30 м, что позволяет использовать рассматриваемое оборудование в целях решения разнообразных задач в области (~~7 ~ ~Па ур а р голографии.
И все же основной сферой применения здесь остается информаци- онная и измерительная техника. Диодные лазеры с прямой накачкой электрическим током, в зависимости от используемого вещества, могут быть разделены на три группы: ° Коммерческие лазеры из полупроводниковыхсоединений Ал'В'(СаАз, СаА(Аз и 1пОаАзР) генерируют излучение в желтой, красной и ближней инфракрасной областях спектра в диапазоне от 600 до 1700 нм. Такие лазеры могут функционировать в непрерывном и импульсном режимах при комнатной температуре и находят применение при передаче информации, оптическом хранении данных на компакт-дисках и обработке материалов.
° В отличие от них, диодные лазеры на соли свинца функционируют в среднем инфракрасном диапазоне от 3 до 30 мкм, могут возбуждаться только при низких температурах Т( 100 К и используются преимущественно для спектроскопических измерений. ° Ктретьей группе относятся лазеры в зеленой, синей и ультрафиолетовой областях спектра. Применительно к диодным лазерам в сине-зеленом диапазоне рассматриваются полупроводники АлВ"' на основе ХпЯе, а для лазеров в синей и ультрафиолетовой областях спектра предпочитается ОаХ-соединение АшВ~. Эти коротковолновые лазеры уже несколько лет переживают бурное развитие, вызванное, прежде всего, возможностью их использования в технике оптического хранения информации. Вероятная плотность записи на компакт-дисках резко возрастает с уменьшением длины волны Х, а минимальный размер пятна развертывающего электронного луча указан на магнитном диске через хй Предполагается, что в будущем коротковолновые диодные лазеры будут играть важнейшую роль также в сфере спектроскопической аналитики и в производстве многоцветных лазерных дисплеев.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
