Микаэлян А.Л., Тер-Микаэлян М.Л., Турков Ю.Г. Оптические генераторы на твердом теле (1967) (1095904), страница 13
Текст из файла (страница 13)
д О,б "о« бо «о гОО гОО ХОО О„, В Р г 2 гав г г е вод и было близко к расчетной величине [0,(1 мсек), вычисленной по спектру поглощения и люминесценции с уровня 4г«,э. Прн увеличении концентрации неодима в стекле до 103е время жизни сокращалось до О,!5 моек в результате концентрационного тушения. Активные образцы были изготовлены в виде тонких волокон диаметром 0,032 и 0,3 мм и длиной 7,6 слг, заключенных в оболочку из обычного стекла. Пороговая энергия Рис. 11.1Э. Зависимость времени жизни нетастапильного состояния ионов неодина в силикатном стенле от концентрации Мг[а«.
накачки при использовании ксеноновой лампы-вспышки спиральной формы равнялась приблизительно 150 дж. В настоящее время разработано большое количество силикатных, боратных, лантановых и других типов стекол с примесью неодима, используемых в оптических генераторах. Для лучших составов пороговая энергия накачки составляет 30 — 50 дж при длине активных образцов порядка !О см и диаметре ! Ом. Следует заметить, что в состав стекол обычно вводится небольпюе количество церня, что повышает их фотохимическую устойчивость по отношению к ультрафиолетовому излучению.
Под действием ультрафиолетового излучения в стеклах происходит восстановление закиспого железа из окисного н увеличение нерезонансного поглощения на волне 1,06 мкм. Окись железа ГеО присутствует в качестве вредной примеси почти во всех исходных материалах, из которых варится стекло, в количествах, не превышавших 0,01«а. Однако присутствие даже таких количеств железа в закисном состоянии вызывает сильное поглощение энергии в диапазоне воля 1,06 — 1,11 мкм. Вследствие большой ширины линий люминесценции спектр индуцированного излучения в стеклах значительно шире, чем в кристаллических средах.
При небольшолт превышении порога генерации спектр излучения стекла с неоднмом состоит из нескольких линий, заключенных в области порядка 10Л около 1,06 мкм. При повышении накачки число генерирующих линий резко возрастает, и занимаемая нми область расширяется до 50 — !00 А [56, 59, 303), что иллюстрируется рис. П.20. При использовании в оптическом резонаторе селективных отражающих покрытий была получена генерация на волнах 0,918 и 1,37 мкм. Генерация ионов !чда+ на волне 0,9!8 мкм имела место в силикатном стекле при температуре 80' К. Пороговая энергия накачки равнялась 700 дж. Г[ри превышении порога генерации на 50ей ширина излучаемого спектра составляла 80 Л [60!. 7!азерный эффект на волне 1,3? мкм наблюдался в боратном стекче при комнатной температуре при энергии накачки 460 дж [61!.
По«мимо стекол с неодимом лазерный эффект имеет место и в других типах стекол, например в силикатном стекле [[.!МцА!5!Оа) с примесью трехвалентных ионов иттербия [62[, гольмия [63), гадолиния [62). Наблюдалось также одновременное излучение ионов т'[гз«и Хдз'«, включенных в это стекло [65!. Все указанные материалы работают, однако, лишь при охлаждении до температуры 8:=-- аТ', (! В.! ) ствии пеодима и концентрации УЬ,О, 0,5% генерация в этом стекле имеет место на волне 1,0!82 мкм при энергии накачки 260 дж (7' == 77" К, длина образца 3,5 см, диаметр 2,5 мм). В стекле, содержащем только 0,5% Хд.,О„ генерация (1,056 мкм) возникает при энергии накачки 135 дж, При одновременном введении в боратное стекло 0,5% ЫдаОз и 0,5% УЬ,О,, генерация на линии 1,0!8 мкм в тех же условиях наблюдается прп мощности накачки 1ОО длс.
С увеличением интенсивности возбужденна лазерное излучение занимает спектральную область от 1,012 до 1,022 мкч, однако даже прп тройном превышении порога генерация ионов Кд'~ на волне 1,056 мкм отсутствует. В силикатном стекле в результате передачи энергии от УЬ'"' к Вг'э реализуется генерация на линии 1,5426 мкм ионов эрбия (по трехуровневой схеме) при комнатной температуре (67!. Эффект передачи энергии в стеклах наблюдается также н между друп1ми элементами !68 — 71). ИСТОЧНИКИ И СИСТЕМЫ З НАКАЧКИ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИСТОЧНИКАХ НАКАЧКИ ОПТИЧЕСКИХ ГЕНЕРАТОРОВ Для накачки оптических генераторов на твердом теле применяются различные интенсивные источники света.
Наиболее интенсивные полосы поглощения большинства активных сред находятся, как мы видели выше, в видимой области спектра и в прилегающих к ней участках инфракрасного и ультрафиолетового диапазонов. Поэтому общее требование, предъявляемое к источникам накачки, заклк>чается в том, чтобы именно на эти области приходилась основная часть излучаемой ими энергии и чтобы эта энергия была достаточно велика. Поскольку частота излучения источника накачки всегда превышает частоту генерации, то с увеличением последней спектр возбуждающего излучения, вообще говоря, смещается в более коротковолновую область.
В связи с этим ясно, что, например, электрические лампы накаливания малоэффективны для накачки генераторов видимого диапазона волн, поскольку онн преобразуют в свет только очень небольшув часть потребляемой электрической энергии и, кроме того, мощность их сравнительно невелика. Это связано с низкой температурой нити накала, которая для вольфрамовых ламп составляет приблизительно 2500 †30' К. Согласно закону Стефана — Вольцмана полная мощность излучения 8 с единицы поверхности абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени температуры. где о — -- 5,6697 !О"" вт см ' 'К ', а длина волны ), „„ на которой находится максимум излучения, обратно про- порциоиальна температуре (закон смещения Вина) т' (111.2) где Ь =- 0,28978 см 'К -=- 2,8978 !О'А 'Ке.
Заметим, что приведенные соотношения являются следствием формулы Планка (1.14). Подставив, например, в (! П.1) и (1П.2) величину Т = 3000" К, получим 3 =:=: .= 460 впз/смз, Х „. = 9!60 А, Под термином «абсолютно черное тело» понимается некоторое идеальное тело, которое поглощает все падающее гп полосы поглощения для многих активных сред, Как видно, при температуре порядка 3000'К излучение заключено в основном в инфракрасном диапазоне, ! !оэтому тепловые источнгпсг! излу'кения (лампы накаливания) малоэффективны для накачки генераторов видимого света. Однако оии могут быть использованы для возбуждения таких кристаллов, как, например, СаГз: (зу" и УЛП: !чйз', которые имснзт полосы поглощения в ближней инфракрасной области и не требуют высоких уровней накачки.
С увеличением эффективной температуры абсолютные значения излучаемой мощности возрастают для всех участков спектра. Максимум излучения сдвигается при этом н ззт о)" Рнс. 11!.1. Плотность поп!- носта нзлучення с поверхности черного тела (в полосе !ООО А) прн разлнчных температурах. !РР Р,гб РРР Р,уу Х,мам на него излучение. В действительности все тела обладают некоторой отражательной способностью, которая является функцией длины волны и температуры. Поэтому понятно, что законы излучения реальных тел в какой-то степени всегда отличаются от законов излучения абсолютно черного тела. Тем не менее указанная идеализация оказывается весьма полезной, и в целом ряде случаен излучение источников света может быть с достаточной степенью точности аппроксимировано излучением черного тела с некоторой эффективной температурой.
На рис. 111.1 для иллюстрации представлены рассчитанные по формуле Планка спектральные зависилзости мощности излучения с единицы поверхности черного тела в полосе !000 А, что является типичным значением ширины * В светотехннне обычно используется прнблнженное значение Ь = 3 1От А"К. 80 а Ф гв Ь Рнс, 1!1зп Завнснность эффективности возбужхення рубина от тенпературм черного тела. Р гтв'УГРЗ тРРР' апГР'ггхтРЗ Теагаераг~ура, 'Х в сторону более коротких полн. Если ввести понятие эффективности источника в определенном спектральном интервале (которое показывает, какая часть излучения заключена в этом интервале), то очевидно, что при некоторой температуре эта величина будет достигать максимума. В качестве примера на рис.
1! 1.2 приведены зависимости эффективности излучения черного тела от температуры для двух полос поглощения рубина с центрами на 4!00 и 5600 А !9!. Ширина обеих полос принята равной 1000 А. Как видно, для полосы 5600 А максимум эффективности имеет место при температуре приблизительно 6500" К, а для полосы 4100 А — при !О 000" К. Суммарное значение эффективнсктн для двух полос составляет в максимуме около 30'е. (!!!.3) где С вЂ” емкость конденсатора; 1', — начальное напряжение на емкости. Определенная таким образом величина т) характеризует интегральную эффективность преобразования энергии для всего спектра излучения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
