LID. Усиление и генерация импульсного излучения в твёрдотельных лазерах (1095924), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Êóáè÷íàÿ íåëèíåéíîñòü ñðåäû ìîæåò ïðèâîäèòü ê ðàçâèòèþ ñàìîôîêóñèðîâêè èçëó÷åíèÿ. ëàçåðå, ñîäåðæàùåì íåñêîëüêî êàñêàäîâ óñèëåíèÿ, íàëè÷èå ìåæêàñêàäíûõ ñâÿçåéïðèâîäèò ê ñèëüíîìó âëèÿíèþ êàñêàäîâ äðóã íà äðóãà êàê íà ýòàïå íàêà÷êè, òàê è íà ýòàïå óñèëåíèÿ ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ. Ýòè ñâÿçè âî ìíîãîì îãðàíè÷èâàþò ïðåäåëüíûå êîýôôèöèåíòûóñèëåíèÿ óñèëèòåëüíîãî òðàêòà.
Óñèëåííàÿ ëþìèíåñöåíöèÿ îãðàíè÷èâàåò ïðåäåëüíûé êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ êàæäîãî èç êàñêàäîâ óñèëåíèÿ. Ïðè óñèëåíèè ìàëîèíòåíñèâíîãî èçëó÷åíèÿâåëè÷èíà ïëîòíîñòè ìîùíîñòè ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ ìîæåò îêàçàòüñÿ ñîèçìåðèìîé ñ ïëîòíîñòüþ ìîùíîñòè ñïîíòàííîãî èçëó÷åíèÿ.  ýòîì ñëó÷àå âêëàä ñïîíòàííîãî èçëó÷åíèÿ, óñèëåííîãî íà äëèíå àêòèâíîãî ýëåìåíòà, ìîæåò óõóäøèòü îòíîøåíèå ñèãíàë-øóì äëÿ ïîëåçíîãîëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ.Áîëüøóþ ñïåöèôèêó èìååò óñèëåíèå ñâåðõêîðîòêèõ ëàçåðíûõ èìïóëüñîâ, øèðèíà ñïåêòðà êîòîðûõ ñîèçìåðèìà ñ øèðèíîé êîíòóðà óñèëåíèÿ àêòèâíîãî ýëåìåíòà. Ïðîöåññû óñèëåíèÿðàçâèâàþòñÿ íà ôîíå êîíêóðèðóþùåãî âëèÿíèÿ íîðìàëüíàÿ äèñïåðñèè ìàòðèöû è àíîìàëüíîéäèñïåðñèè àêòèâàòîðà àêòèâíîãî ýëåìåíòà.74Óñèëåíèå è ãåíåðàöèÿ èìïóëüñíîãî èçëó÷åíèÿâ òâåðäîòåëüíûõ ëàçåðàõ.Ëàçåð ñ àêòèâíîé ìîäóëÿöèåé äîáðîòíîñòè.Ìîíîèìïóëüñíûé ðåæèì.5.
ËÀÇÅÐ Ñ ÀÊÒÈÂÍÎÉ ÌÎÄÓËßÖÈÅÉ ÄÎÁÐÎÒÍÎÑÒÈ.ÌÎÍÈÌÏÓËÜÑÍÛÉ ÐÅÆÈÌ.5.1. Ïîñòàíîâêà çàäà÷è. Îïòè÷åñêàÿ ñõåìà ãåíåðàòîðà. Óñëîâèå ãåíåðàöèè.Îáùåé çàäà÷åé ÿâëÿåòñÿ ãåíåðàöèÿ ìîíîèìïóëüñà èçëó÷åíèÿ, òî åñòü îäíîãî èìïóëüñàèçëó÷åíèÿ çà îäèí èìïóëüñ íàêà÷êè. Ñ òî÷êè çðåíèÿ îáùåé òåîðèè êîëåáàíèé, äëÿ ñîçäàíèÿãåíåðàòîðà íåîáõîäèì êàñêàä óñèëåíèÿ, îõâà÷åííûé ïîëîæèòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçüþ(ðèñ.5.1).
 ïðåäûäóùåì ðàçäåëå áûëî ïîêàçàíî, ÷òî àêòèâíûé ýëåìåíò, èìåþùèé èíâåðñíóþíàñåëåííîñòü, îáëàäàåò óñèëåíèåì. Äëÿ îðãàíèçàöèè ãåíåðàöèè ïîëîæèòåëüíóþ îáðàòíóþñâÿçü â ëàçåðå îáåñïå÷èâàåò îïòè÷åñêèé ðåçîíàòîð. Îáùèé âèä îïòè÷åñêîé ñõåìû ëàçåðà ïîêàçàí íà ðèñ.5.2. Äàëåå, â çàâèñèìîñòè îò òîãî, êàêîé êðóã âîïðîñîâ ìû áóäåì ðàññìàòðèâàòü,ýòî óñòðîéñòâî ìû áóäåì íàçûâàòü èëè ãåíåðàòîðîì, êàê óñòðîéñòâî ãåíåðèðóþùåå èçëó÷åíèå.Èëè áóäåì íàçûâàòü ëàçåðîì, åñëè ëàçåð ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé òîëüêî îäèí ãåíåðàòîð. ×àñòî âýòîì ñëó÷àå íàçâàíèå ãåíåðàòîð è ëàçåð ÿâëÿþòñÿ ñèíîíèìîì. Èëè ýòî óñòðîéñòâî áóäåì íàçûâàòü çàäàþùèì ãåíåðàòîðîì, åñëè â ñîñòàâ ëàçåðà âõîäèò ãåíåðàòîð è óñèëèòåëü. êà÷åñòâå óñèëèòåëüíîãî ýëåìåíòà â ãåíåðàòîðå âûñòóïàåò àêòèâíûé ýëåìåíò (ÀÝ).Ðåçîíàòîð ëàçåðà îáðàçîâàí çåðêàëàìè Ç1 (“ãëóõîå” çåðêàëî) è Ç2 (âûõîäíîå çåðêàëî). Êîýôôèöèåíòû îòðàæåíèÿ ýòèõ çåðêàë îáû÷íî íà ïðàêòèêå âûáèðàþòñÿ ñëåäóþùèìè: äëÿ Ç1 R1=1,0; äëÿ Ç2 - 0,0<R2<1,0.
Ïîýòîìó îíè è ïîëó÷èëè òàêîå íàçâàíèå. Èçëó÷åíèå, ïàäàþùåå íàçåðêàëî Ç2 (ïîòîê èçëó÷åíèÿ, èäóùèé ñëåâà íàïðàâî) ÷àñòè÷íî îòðàæàåòñÿ íàçàä äëÿ ïîääåðæàíèÿ ãåíåðàöèè, à ÷àñòü åãî âûâîäèòñÿ èç ðåçîíàòîðà â êà÷åñòâå ïîëåçíîãî èçëó÷åíèÿ. Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî êîýôôèöèåíò îòðàæåíèÿ âûõîäÇ2Ç1Óñèëèòåëíîãî çåðêàëà îïðåäåëÿåòñÿÌÄÀêòèâíûé ýëåìåíòI(t)üñòðîãèìèíåðàâåíñòâàìè.1zÁîëåå ïîäðîáíî âîïðîñ îÎáðàòíàÿâûáîðå çíà÷åíèÿ êîýôôèñâÿçüöèåíòà îòðàæåíèÿ âûõîäíîãî çåðêàëà áóäåò ðàññìîòÐèñ.5.1.
Ñõåìà ãåíåðàòîðà.Ðèñ.5.2. Îïòè÷åñêàÿ ñõåìà ëàçåðàðåí â ðàçäåëå 5.3. Ñåé÷àññ àêòèâíîé ìîäóëÿöèåéäîáðîòíîñòè.ìû ìîæåì èç îáùèõ ñîîáðàæåíèé ñôîðìóëèðîâàòüòðåáîâàíèÿ ê êîýôôèöèåíòó îòðàæåíèÿ âûõîäíîãî çåðêàëà R2. Î÷åâèäíî, ÷òî åñëè êîýôôèöèåíò åãî îòðàæåíèÿ ðàâåí íóëþ, òî îáðàòíàÿ ñâÿçü áóäåò îòñóòñòâîâàòü è ãåíåðàöèÿ ðàçâèâàòüñÿ íå áóäåò. Ýíåðãèÿ âûõîäíîãî èçëó÷åíèÿ áóäåò ðàâíà íóëþ.  äðóãîì ïðåäåëüíîì ñëó÷àå,êîãäà êîýôôèöèåíò îòðàæåíèÿ ðàâåí 1,0 (100%), äàæå åñëè ãåíåðàöèÿ è áóäåò ðàçâèâàòüñÿ âðåçîíàòîðå, íà âûõîäå ëàçåðà (çà çåðêàëîì Ç2) ìû íå ïîëó÷èì èçëó÷åíèÿ.
 ñîñòàâ èìïóëüñíîãî ãåíåðàòîðà âõîäèò åùå îäèí ýëåìåíò - ìîäóëÿòîð äîáðîòíîñòè (ÌÄ) èëè îïòè÷åñêèé çàòâîð. Îí ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé îïòè÷åñêèé ýëåìåíò, êîýôôèöèåíò ïðîïóñêàíèÿ êîòîðîãî èçìåíÿåòñÿ ïðè ïîäà÷å âíåøíåãî óïðàâëÿþùåãî ñèãíàëà. Òèïû èñïîëüçóåìûõ ìîäóëÿòîðîâ äîáðîòíîñòè áóäóò ðàññìîòðåíû â ðàçäåëå 9. Íà ýòàïå íàêà÷êè àêòèâíîãî ýëåìåíòà ìîäóëÿòîð75Óñèëåíèå è ãåíåðàöèÿ èìïóëüñíîãî èçëó÷åíèÿâ òâåðäîòåëüíûõ ëàçåðàõ.Ëàçåð ñ àêòèâíîé ìîäóëÿöèåé äîáðîòíîñòè.Ìîíîèìïóëüñíûé ðåæèì.äîáðîòíîñòè âûêëþ÷åí, èìååò ìèíèìàëüíûé êîýôôèöèåíò ïðîïóñêàíèÿ è îáåñïå÷èâàåò îòñóòñòâèå ãåíåðàöèè.
 òîò ìîìåíò, êîãäà ñïóñòÿ íåêîòîðîå âðåìÿ ïîñëå íà÷àëà íàêà÷êè, ñîçäàíûïðåäïîñûëêè äëÿ ïîëó÷åíèÿ ãåíåðàöèè ( k( t ) >0), ìîäóëÿòîð äîáðîòíîñòè âêëþ÷àåòñÿ óïðàâëÿþùèì ñèãíàëîì, êîýôôèöèåíò ïðîïóñêàíèÿ åãî óâåëè÷èâàåòñÿ è ðàçâèâàåòñÿ ãåíåðàöèÿ.Îáùàÿ êàðòèíà ðàçâèòèÿ ïðîöåññîâ â ìàñøòàáå íàêà÷êè ñëåäóþùàÿ. Âðåìåííûå çàâèñèìîñòè ïðîöåññà ïîêàçàíû íà ðèñ.5.3. Ñ íà÷àëîì íàêà÷êè àêòèâíîãî ýëåìåíòà íà÷èíàåòñÿðîñò êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ ñðåäû k( t ) . Ïðè ýòîì ïðîèñõîäèò ñïîíòàííûé ðàñïàä âåðõíåãîëàçåðíîãî óðîâíÿ è ÷àñòü çàïàñàåìîé â ýëåìåíòå ýíåðãèè èçëó÷àåòñÿ. Ýòî èçëó÷åíèå èñïóñêàåòñÿ ýëåìåíòîì âî âñå ñòîðîíû è íåáîëüøàÿ ÷àñòü åãî ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ âäîëü îñè ðåçîíàòîðà.
Ãåíåðàöèÿ ðàçâèâàòüñÿ íå ìîæåò, òàê êàê ìîäóëÿòîð äîáðîòíîñòè âûêëþ÷åí (â èäåàëüíîìñëó÷àå êîýôôèöèåíò ïðîïóñêàíèÿ ðàâåí íóëþ). Ýòî ýêâèâàëåíòíî ñëó÷àþ, êîãäà â ñõåìå ëàçåðà ôèçè÷åñêè îòñóòñòâóþò ìîäóëÿòîð äîáðîòíîñòè è ëåâîå çåðêàëî Ç1.  ìîìåíò âðåìåíè t1(íà ðèñ.5.3) ïðè ïîäà÷å ñèãíàëà óïðàâëåíèÿ âêëþ÷àåòñÿ ìîäóëÿòîð äîáðîòíîñòè. Ïîñëå îòêðûòèÿ ìîäóëÿòîðà äîáðîòíîñòè ýêâèâàëåíòíàÿ îïòè÷åñêàÿ ñõåìà ëàçåðà ñîäåðæèò àêòèâíûéýëåìåíò è äâà çåðêàëà: Ç1 è Ç2. Èç ñïîíòàííîãî èçëó÷åíèÿ, ðàñïðîñòðàíÿþùåãîñÿ âäîëü îñèðåçîíàòîðà, ðàçâèâàåòñÿ ãåíåðàöèÿ.  òâåðäîòåëüíûõ ëàçåðàõ òèïîâûå çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà íàêà÷êè ñîñòàâëÿþò äåñÿòêè-ñîòíè ìèêðîñåêóíä.
Íèæå áóäåò ïîêàçàíî, ÷òî òèïîâûå çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòåé èìïóëüñîâ ãåíåðàöèè ñîñòàâëÿþò åäèíèöû-ñîòíè íàíîñåêóíä. Ïîýòîìó â ìàñøòàáå íàêà÷êèèìïóëüñ ãåíåðàöèè áóäåò ïðåäñòàâëÿòü ñîáîé âåðòèêàëüíóþïðÿìóþ, êàê ýòî ïîêàçàíî íà ðèñ.5.3.  ïðîöåññå ãåíåðàöèèóìåíüøàåòñÿ êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ñðåäû, ïðîèñõîäèò ñúåìçàïàñåííîé â íåì ýíåðãèè. Ïîñëå çàâåðøåíèÿ ãåíåðàöèè ìîäóëÿòîð äîáðîòíîñòè çàêðûâàåòñÿ. Íàêà÷êà àêòèâíîãî ýëåìåíòàïðîäîëæàåòñÿ è ïðîèñõîäèò íåêîòîðîå óâåëè÷åíèå êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ (àíàëîãè÷íî ðèñ.4.4á). Òàê êàê èçíà÷àëüíî áûëàÐèñ.5.3.
Âðåìåííûå çàâèñèìîñïîñòàâëåíà çàäà÷à ãåíåðàöèè îäíîãî èìïóëüñà èçëó÷åíèÿ, òîòè äëÿ ëàçåðà ñ àêòèâíîé ìîäóïîñëåäóþùàÿ íàêà÷êà íå èñïîëüçóåòñÿ. Çàïàñåííàÿ â àêòèâíîìëÿöèåé äîáðîòíîñòè â ìàñøòàáå íàêà÷êè.ýëåìåíòå ýíåðãèÿ ïîñëå ãåíåðàöèè èìïóëüñà èçëó÷åíèÿ òåðÿåòñÿ â âèäå ñïîíòàííîãî èçëó÷åíèÿ.Óñëîâèå ãåíåðàöèè. Îïðåäåëèì óñëîâèå ãåíåðàöèè. Ïîñòóïèì ñëåäóþùèì îáðàçîì.Ðàññìîòðèì èçìåíåíèå ìîùíîñòè èçëó÷åíèÿ, ïðîõîäÿùåãî ïîñëåäîâàòåëüíî ÷åðåç âñå ýëåìåíòû ëàçåðà, è îïðåäåëèì åå èçìåíåíèå çà ïîëíûé îáõîä ðåçîíàòîðà.  êà÷åñòâå íà÷àëüíîéòî÷êè âîçüìåì òî÷êó ìåæäó ìîäóëÿòîðîì äîáðîòíîñòè è àêòèâíûì ýëåìåíòîì (òî÷êà 1 íàðèñ.5.2), è íà÷íåì äâèæåíèå âïðàâî.
Ïóñòü ìîùíîñòü èçëó÷åíèÿ èìååò âåëè÷èíó Ð0. Ïðîéäÿ÷åðåç àêòèâíûé ýëåìåíò, èçëó÷åíèå óñèëèòñÿ â G ðàç (ðàâíîå êîýôôèöèåíòó óñèëåíèÿ àêòèâíîãî ýëåìåíòà). Ïîñëå îòðàæåíèÿ îò âûõîäíîãî çåðêàëà Ç2 (ñ êîýôôèöèåíòîì îòðàæåíèÿR2), âåëè÷èíà ìîùíîñòè óìåíüøèòñÿ íà âåëè÷èíó êîýôôèöèåíòà îòðàæåíèÿ è ñòàíåò ðàâíîéÐ0⋅G⋅R2. Ïîñëå îáðàòíîãî ïðîõîäà èçëó÷åíèÿ ÷åðåç àêòèâíûé ýëåìåíò è óñèëåíèÿ â íåì, âåëè÷èíà ìîùíîñòè ñòàíåò ðàâíîé Ð0⋅G2⋅R2.
Ïîñëå ýòîãî èçëó÷åíèå ïðîõîäèò ÷åðåç ìîäóëÿòîðäîáðîòíîñòè, èìåþùèé êîýôôèöèåíò ïðîïóñêàíèÿ Òìä (Òìä <1). Îòðàçèâøèñü îò ëåâîãî çåðêàëà, êîýôôèöèåíò îòðàæåíèÿ êîòîðîãî â îáùåì ñëó÷àå ðàâåí R2, èçëó÷åíèå îïÿòü ïðîõîäèò íàîáðàòíîì ïðîõîäå ÷åðåç ìîäóëÿòîð äîáðîòíîñòè, è ìû ïðèõîäèì â òî÷êó 1, ñîâåðøèâ ïîëíûé76Óñèëåíèå è ãåíåðàöèÿ èìïóëüñíîãî èçëó÷åíèÿâ òâåðäîòåëüíûõ ëàçåðàõ.Ëàçåð ñ àêòèâíîé ìîäóëÿöèåé äîáðîòíîñòè.Ìîíîèìïóëüñíûé ðåæèì.îáõîä ïî ðåçîíàòîðó. Ìîùíîñòü èçëó÷åíèÿ òåïåðü ðàâíà P1 = P0 ⋅ G 2 ⋅ Tìä2 ⋅ R1 ⋅ R2 .
Íàñ èíòåðåñóåò~êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ çà îáõîä ðåçîíàòîðà, ðàâíûé G = P1 / P0 . Ïîäñòàâëÿÿ âìåñòî Ð1 ïîëíîåâûðàæåíèå äëÿ ìîùíîñòè, èìååì~22G = G ⋅ Tìä ⋅ R1 ⋅ R2 .(5.1)Óñëîâèå ãåíåðàöèè, êàê óñëîâèå ïðîöåññà íàðàñòàíèÿ ìîùíîñòè â ðåçîíàòîðå, îïðåäåëÿåòñÿ~~ïðîñòûì íåñòðîãèì íåðàâåíñòâîì G ≥ 1. Óñëîâèå G = 1 ñîîòâåòñòâóåò ïîðîãó ãåíåðàöèè. (5.1) âõîäèò êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ñðåäû àêòèâíîãî ýëåìåíòà G.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
