LID. Усиление и генерация импульсного излучения в твёрдотельных лазерах (1095924), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Çàâèñèìîñòü ýíåðãèè âûõîäíîãî èçëó÷åíèÿ îò ýíåðãèè íàêà÷êèèìååò ïîðîãîâûé õàðàêòåð. Ïîýòîìó â ïðèïîðîãîâîé îáëàñòè íàêà÷åê äèôôåðåíöèàëüíûé ÊÏÄëàçåðà áóäåò âñåãäà áîëüøå ïîëíîãî ÊÏÄ. Äàæå ïðè ñòðåìëåíèè ê íóëþ âðåäíûõ ïîòåðü â ëàçåðå ñóììàðíûå ïîòåðè íå ìîãóò áûòü ðàâíû íóëþ, òàê êàê âñåãäà áóäóò ïðèñóòñòâîâàòü ïîòå-100Óñèëåíèå è ãåíåðàöèÿ èìïóëüñíîãî èçëó÷åíèÿâ òâåðäîòåëüíûõ ëàçåðàõ.Ëàçåð ñ àêòèâíîé ìîäóëÿöèåé äîáðîòíîñòè.Ìîíîèìïóëüñíûé ðåæèì.ðè íà âûâîä èçëó÷åíèÿ. Èç ðåçóëüòàòîâ ðèñ.5.14 ñëåäóåò, ÷òî äèôôåðåíöèàëüíûé ÊÏÄ áóäåòñòðåìèòüñÿ ê ïîëíîìó ÊÏÄ ïðè óìåíüøåíèè âðåäíûõ ïîòåðü òîëüêî ïðè îïòèìèçàöèè êîýôôèöèåíòà îòðàæåíèÿ âûõîäíîãî çåðêàëà ëàçåðà íà ìàêñèìàëüíóþ âûõîäíóþ ýíåðãèþ. Íî ïðèýòîì áóäåò èìåòü ìåñòî çíà÷èòåëüíûé ïðîèãðûø ïî âåëè÷èíå ïèêîâîé ìîùíîñòè èçëó÷åíèÿ.Òðàäèöèîííî ïðîåêòèðîâàíèå ëàçåðîâ ïðîâîäÿò íà çàäàííóþ âûõîäíóþ ýíåðãèþ ïðè îïòèìèçàöèè ïàðàìåòðîâ ýëåìåíòîâ è ðåæèìîâ èõ ðàáîòû äëÿ ïîëó÷åíèÿ ìàêñèìàëüíîãî ÊÏÄ.Âûâîäû.
Ïîäâåäåì èòîãè ýòîãî ðàçäåëà.  ìîíîèìïóëüñíîì ðåæèìå ëàçåð ôîðìèðóåòîäèí èìïóëüñ èçëó÷åíèÿ çà îäèí èìïóëüñ íàêà÷êè. Ïðîöåññ ãåíåðàöèè âêëþ÷àåò â ñåáÿ äâàýòàïà - çàïàñàíèå ýíåðãèè íà âåðõíåì ëàçåðíîì óðîâíå (íàêà÷êà àêòèâíîãî ýëåìåíòà) è ñîáñòâåííî ãåíåðàöèÿ èìïóëüñà èçëó÷åíèÿ. Óïðàâëåíèå âûïîëíÿåòñÿ ìîäóëÿòîðîì äîáðîòíîñòè,ïåðåêëþ÷àåìûì âíåøíèì óïðàâëÿþùèì ñèãíàëîì. Óñëîâèåì ãåíåðàöèè ÿâëÿåòñÿ ïðåâûøåíèåêîýôôèöèåíòîì óñèëåíèÿ ñóììàðíûõ ïîòåðü ðåçîíàòîðà.Îòíîñèòåëüíî èçìåíåíèÿ ïàðàìåòðîâ ýëåìåíòîâ ëàçåðà ìîæíî âûäåëèòü äâà òèïà çàâèñèìîñòåé äëÿ âûõîäíîé ýíåðãèè è ìîùíîñòè èçëó÷åíèÿ - èìåþùèõ ëîêàëüíûé ýêñòðåìóì (îòêîýôôèöèåíòà îòðàæåíèÿ âûõîäíîãî çåðêàëà, çàäåðæêè äî âêëþ÷åíèÿ çàòâîðà, äëèíû àêòèâíîãî ýëåìåíòà) è èìåþùèõ êðàåâîé ìàêñèìóì (îò íà÷àëüíîãî ïðîïóñêàíèÿ è âðåìåíèâêëþ÷åíèÿ ìîäóëÿòîðà äîáðîòíîñòè). Ñîîòâåòñòâóþùèì îáðàçîì ïðîâîäèòñÿ îïòèìèçàöèÿ ïîýòèì ïàðàìåòðàì.  îáùåì ñëó÷àå îïòèìèçàöèÿ ëàçåðà ìîæåò áûòü âûïîëíåíà êàê íà ìàêñèìóì âûõîäíîé ýíåðãèè, òàê è íà ìàêñèìóì âûõîäíîé ìîùíîñòè èëè ìèíèìóì äëèòåëüíîñòèèìïóëüñà èçëó÷åíèÿ.
Îïòèìèçàöèÿ ïðîâîäèòñÿ íà çàäàííûé ðåæèì íàêà÷êè ëàçåðà. Íåâîçìîæíî ñäåëàòü ëàçåð, êîòîðûé áóäåò èìåòü ìàêñèìàëüíûé ÊÏÄ â øèðîêîì äèàïàçîíå èçìåíåíèÿ ïàðàìåòðîâ ýëåìåíòîâ è ðåæèìîâ èõ ðàáîòû.×òî äàëüøå.  ýòîì ðàçäåëå ìû ðàññìîòðåëè ïðèíöèïû ãåíåðàöèè è âîïðîñû ôîðìèðîâàíèÿ ýíåðãåòè÷åñêèõ è âðåìåííûõ ïàðàìåòðîâ ìîíîèìïóëüñà èçëó÷åíèÿ. Èç âñåé ñîâîêóïíîñòè ïàðàìåòðîâ èçëó÷åíèÿ, êîòîðîé õàðàêòåðèçóþòñÿ ëàçåðû, ýòî òîëüêî íåáîëüøàÿ, íîâàæíàÿ ÷àñòü. Çà ïðåäåëàìè ðàññìîòðåíèÿ îñòàëèñü ñïåêòðàëüíûå ïàðàìåòðû, ïðîñòðàíñòâåííûå õàðàêòåðèñòèêè, à òàêæå ïîëÿðèçàöèîííûå ïàðàìåòðû èçëó÷åíèÿ.
Òðåáóåò ñâîåãîðàññìîòðåíèÿ òàêæå âîïðîñ î ðåæèìå ðàáîòû ëàçåðà - îäèíî÷íûõ (ðåäêîïîâòîðÿþùèõñÿ) èìïóëüñîâ èëè ÷àñòîòíûé ðåæèì.  ïîñëåäíåì ñëó÷àå âñÿ ñîâîêóïíîñòü ïàðàìåòðîâ âûõîäíîãîèçëó÷åíèÿ â çíà÷èòåëüíîé ñòåïåíè çàâèñèò îò òåðìîíàâåäåííûõ îïòè÷åñêèõ íåîäíîðîäíîñòåéâ ýëåìåíòàõ ëàçåðà. Äëÿ áîëåå ïîëíîãî ïîíèìàíèÿ âîçìîæíîñòåé ìîíîèìïóëüñíûõ ëàçåðîâíåîáõîäèìî ðàññìîòðåòü ðàçëè÷íûå îïòè÷åñêèå ñõåìû ëàçåðîâ íà ðàçëè÷íûõ òèïàõ àêòèâíûõýëåìåíòîâ. Ñ ïðàêòè÷åñêîé òî÷êè çðåíèÿ âàæíûì ÿâëÿåòñÿ âîïðîñ îá îáåñïå÷åíèè ñòîéêîñòèîïòè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ ëàçåðà.Âàæíûì âîïðîñîì ÿâëÿåòñÿ ðàáîòà ëàçåðà â ñîñòàâå ëàçåðíûõ èçëó÷àòåëåé, ïîñòðîåííûõ ïî ñõåìå: ãåíåðàòîð - óñèëèòåëü.
Íàëè÷èå ìåæêàñêàäíûõ ñâÿçåé ìîæåò çíà÷èòåëüíî èçìåíèòü êèíåòèêó ãåíåðàöèè. Òàêæå, òðåáîâàíèÿ ê ãåíåðàòîðó â ñîñòàâå ëàçåðà ìîãóò èçìåíÿòüñÿïî ñðàâíåíèþ ñî ñëó÷àåì, êîãäà ãåíåðàòîð ÿâëÿåòñÿ ôóíêöèîíàëüíî çàêîí÷åííûì ëàçåðîì.Äàëüíåéøèì ðàçâèòèåì ìîíîèìïóëüñíûõ ãåíåðàòîðîâ ÿâëÿþòñÿ ëàçåðû ñ ñèíõðîíèçàöèåé ìîä, ïîçâîëÿþùèå ïîëó÷àòü èìïóëüñû èçëó÷åíèÿ ñóáíàíîñåêóíäíîé - ïèêîñåêóíäíîéäëèòåëüíîñòè.101Óñèëåíèå è ãåíåðàöèÿ èìïóëüñíîãî èçëó÷åíèÿâ òâåðäîòåëüíûõ ëàçåðàõ.Ëàçåð ñ àêòèâíîé ìîäóëÿöèåé äîáðîòíîñòè.Ðåæèì ãåíåðàöèÿ “ïà÷êè” èìïóëüñîâ.6. ËÀÇÅÐ Ñ ÀÊÒÈÂÍÎÉ ÌÎÄÓËßÖÈÅÉ ÄÎÁÐÎÒÍÎÑÒÈ.ÐÅÆÈÌ ÃÅÍÅÐÀÖÈÈ “ÏÀ×ÊÈ” ÈÌÏÓËÜÑÎÂ.6.1.
Ïîñòàíîâêà çàäà÷è. ðàçäåëå 5 ïðè àíàëèçå âëèÿíèÿ âðåìåíè çàäåðæêè äî âêëþ÷åíèÿ ìîäóëÿòîðà äîáðîòîïòíîñòè áûëî ïîêàçàíî (ðèñ.5.16), ÷òî ïðè Tçàä < Tçàäïîñëå çàâåðøåíèÿ ãåíåðàöèè ïðîäîëæàþùèéñÿ ïðîöåññ íàêà÷êè ìîæåò ñîçäàòü â àêòèâíîì ýëåìåíòå èíâåðñíóþ íàñåëåííîñòü, ïðåâîñõîäÿùóþ ïî âåëè÷èíå òî çíà÷åíèå, êîòîðîå áûëî ïðè ãåíåðàöèè ïåðâîãî èìïóëüñà èçëó÷åíèÿ.Òàêèì îáðàçîì, çà îäèí èìïóëüñ íàêà÷êè ìîæíî ïîëó÷èòü íåñêîëüêî èìïóëüñîâ ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ - ñåðèþ èëè “ïà÷êó” èìïóëüñîâ. Ðåæèì ãåíåðàöèè ìîíîèìïóëüñà èçëó÷åíèÿ (ðàçäåë 5)ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê ÷àñòíûé ñëó÷àé ðåæèìà ãåíåðàöèè “ïà÷êè” èìïóëüñîâ.
Ðàññìîòðåíèåýòîãî ðåæèìà ãåíåðàöèè áóäåì ïðîâîäèòü â ñðàâíåíèè ñ ìîíîèìïóëüñíûì ðåæèìîì, ÷òîáû ïîêàçàòü åãî îñîáåííîñòè è äîñòîèíñòâà. Äëÿ íåêîòîðûõ ïðèëîæåíèé ýòîò ðåæèì ðàáîòû ëàçåðàíàõîäèò øèðîêîå ïðèìåíåíèå.Ðàçâèòèå ïðîöåññà ãåíåðàöèè. Ñ íà÷àëîì íàêà÷êè àêòèâíîãî ýëåìåíòà ìîäóëÿòîðäîáðîòíîñòè çàêðûò è íà÷èíàåòñÿ ðîñò èíâåðñíîé íàñåëåííîñòè. Ñïóñòÿ âðåìÿ çàäåðæêè, êîòîðîå âûáèðàåòñÿ ìåíüøå, ÷åì âðåìÿ çàäåðæêè â ëàçåðå ñ àêòèâíîé ìîäóëÿöèåé äîáðîòíîñòèâ ìîíîèìïóëüñíîì ðåæèìå (ðàçäåë 5), âêëþ÷àåòñÿ ìîäóëÿòîð äîáðîòíîñòè è ïðè âûïîëíåíèèóñëîâèÿ ãåíåðàöèè ïðîèñõîäèò ôîðìèðîâàíèå èìïóëüñà ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ. Ïîñëå ýòîãîìîäóëÿòîð äîáðîòíîñòè çàêðûâàåòñÿ è ïðîöåññ íàêà÷êè ïðîäîëæàåòñÿ.
 ýòîì ñëó÷àå íàêà÷êà íà÷èíàåòñÿ íå ñ íóëåâîãîçíà÷åíèÿ, à ñ âåëè÷èíû kêîí , êîòîðîå îñòàëàñü ïîñëå ãåíåðàöèèïåðâîãî èìïóëüñà èçëó÷åíèÿ. Ñïóñòÿ íåêîòîðîå âðåìÿ, íàçûâàåìîå ïåðèîäîì ïîâòîðåíèÿ, ìîäóëÿòîð äîáðîòíîñòèâêëþ÷àåòñÿ ïîâòîðíî è ïðè âûïîëíåíèè óñëîâèÿ ãåíåðàöèèïðîèñõîäèò ôîðìèðîâàíèå âòîðîãî èìïóëüñà èçëó÷åíèÿ. Ïðîöåññ âêëþ÷åíèÿ ìîäóëÿòîðà äîáðîòíîñòè ïîâòîðÿåòñÿ ïåðèîäè÷åñêè äî îêîí÷àíèÿ èìïóëüñà íàêà÷êè.  ìàñøòàáå íàêà÷êèÐèñ.6.1. Ïðîöåññ ãåíåðàöèè“ïà÷êè” èìïóëüñîâ.âðåìåííûå çàâèñèìîñòè èìïóëüñà íàêà÷êè, êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ ñðåäû è èìïóëüñû ãåíåðàöèè ïîêàçàíû íà ðèñ.6.1.Ðàññìîòðèì ïîäðîáíî îïèñàíèå ïðîöåññà ãåíåðàöèè è îñîáåííîñòè âûáîðà ðåæèìîâðàáîòû ýëåìåíòîâ ëàçåðà.6.2. Óðàâíåíèÿ äëÿ ãåíåðàòîðà â ðåæèìå ãåíåðàöèè “ïà÷êè” èìïóëüñîâ.Ïî ñóòè ñâîåé ïðîöåññ ãåíåðàöèè “ïà÷êè” èìïóëüñîâ ÿâëÿåòñÿ ïîñëåäîâàòåëüíî ïîâòîðÿþùèìñÿ ïðîöåññîì ãåíåðàöèè ìîíîèìïóëüñîâ â òå÷åíèè îäíîãî èìïóëüñà íàêà÷êè.
Ïîýòîìó,î÷åâèäíî, îí îïèñûâàåòñÿ òîé æå ñèñòåìîé óðàâíåíèé (5.24)-(5.25), óñðåäíåííîé íà äëèíå ðåçîíàòîðà (òî÷å÷íàÿ ìîäåëü ãåíåðàòîðà).  ðàññìàòðèâàåìîì ñëó÷àå îíà ìîäèôèöèðóåòñÿ êñëåäóþùåìó âèäó äëÿ n-ãî èìïóëüñà èçëó÷åíèÿ102Óñèëåíèå è ãåíåðàöèÿ èìïóëüñíîãî èçëó÷åíèÿâ òâåðäîòåëüíûõ ëàçåðàõ.Ëàçåð ñ àêòèâíîé ìîäóëÿöèåé äîáðîòíîñòè.Ðåæèì ãåíåðàöèÿ “ïà÷êè” èìïóëüñîâ.dk( n )dtdI ( n )dt= (ℵ− k( n ) ) ⋅ Wíàê ( t ) −k( n )τæ−I ( n ) ⋅ k( n )Q íàñ−I ø ( n ) ⋅ k( n )Q íàñ,(6.1)= ( k( n ) − βΣ ( t )) ⋅ υ ⋅ I ( n ) .(6.2)Êàê è â ñëó÷àå ìîíîèìïóëüñíîãî ëàçåðà, ñèñòåìà óðàâíåíèé (6.1)-(6.2) äîïóñêàåò ðàçäåëåíèååå íà äâå:- íàêà÷êà àêòèâíîãî ýëåìåíòà:dk( n )dt= (ℵ− k( n ) ) ⋅ Wíàê ( t ) −k( n )τæ−I ø ( n ) ⋅ k( n )Q íàñ,(6.3)- ãåíåðàöèÿ èìïóëüñîâ:dI ( n )dtdk( n )dt= ( k( n ) − βΣ ( t )) ⋅ υ ⋅ I ( n ) ,=−I ( n ) ⋅ k( n )Q íàñ(6.4).(6.5)Íà÷àëüíîå óñëîâèÿ äëÿ (6.3) ñëåäóþùåå:k( n ) ( t = Tçàä + ( n − 1) ⋅ Tñë ) = k(êîín −1 ) - íà÷àëüíîå çíà÷åíèå êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ ïåðåä íà-êà÷êîé ïðè ãåíåðàöèè n-ãî èìïóëüñà èçëó÷åíèÿ ( k( n ) ( t = 0 ) = 0 ),Íà÷àëüíîå óñëîâèÿ äëÿ (6.5) ñëåäóþùåå:Tçàä + n ⋅Tñëk0 ( n ) ( t = Tçàä + ( n − 1) ⋅ Tñë ) =êîík( n −1 )+∫Tçàä + ( n −1 )⋅Tñëdk( n )dtdt- íà÷àëüíîå çíà÷åíèå êîýôôèöèåíòàTçàäóñèëåíèÿ ïåðåä ãåíåðàöèåé n-ãî èìïóëüñà èçëó÷åíèÿ ( k0 ( 0 ) ( t = Tçàä ) =∫0dk( n )dtdt ).Ïîëíàÿ çàäà÷à ãåíåðàöèè ðåøàåòñÿ ïîñëåäîâàòåëüíî - íàêà÷êà àêòèâíîãî ýëåìåíòà (6.3) è ãåíåðàöèÿ èçëó÷åíèÿ (6.4)-(6.5).Ïàðàìåòðû èçëó÷åíèÿ è ýôôåêòèâíîñòü ãåíåðàòîðà.
Ëàçåð èçëó÷àåò ïîñëåäîâàòåëüíîñòü èìïóëüñîâ, â îáùåì ñëó÷àå ñ íåîäèíàêîâûìè ïàðàìåòðàìè ïî ýíåðãèè, äëèòåëüíîñòè è ìîùíîñòè èçëó÷åíèÿ. Äëÿ êàæäîãî èç èìïóëüñîâ èçëó÷åíèÿ ìîãóò áûòü îïðåäåëåíû:ýíåðãèÿ - e i , ìîùíîñòü - p i è äëèòåëüíîñòü èìïóëüñà - τ i . Ê èíòåãðàëüíûì ïàðàìåòðîâ èçëó÷åíèÿ îòíîñèòñÿ ïîëíàÿ ýíåðãèÿ èçëó÷åíèÿEΣ =N∑ei =1i.(6.6)103Óñèëåíèå è ãåíåðàöèÿ èìïóëüñíîãî èçëó÷åíèÿâ òâåðäîòåëüíûõ ëàçåðàõ.Ëàçåð ñ àêòèâíîé ìîäóëÿöèåé äîáðîòíîñòè.Ðåæèì ãåíåðàöèÿ “ïà÷êè” èìïóëüñîâ.Îäíîçíà÷íî îïðåäåëèòü ñðåäíþþ äëèòåëüíîñòü èìïóëüñîâ äëÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòè, â êîòîðîé äëèòåëüíîñòè èìïóëüñîâ îòëè÷àþòñÿ â íåñêîëüêî ðàç, íå óäàåòñÿ. Ïðè íåîáõîäèìîñòè,ìîæåò áûòü îïðåäåëåíà ñðåäíåâçâåøåííàÿ îöåíêà âèäàNτ =∑τi =1⋅ eii,N∑ei =1(6.7)iÐåçóëüòàòû ðèñ.5.9 ïîêàçûâàþò, ÷òî íà ïîðîãå ãåíåðàöèè ýíåðãèÿ èìïóëüñà ìàëà, íî îí èìååòáîëüøóþ äëèòåëüíîñòü.
Ïîýòîìó â (6.7) â êà÷åñòâå âåñîâîãî ìíîæèòåëÿ èñïîëüçóåòñÿ ýíåðãèÿèìïóëüñà e i . Äëÿ ìîùíîñòè èçëó÷åíèÿ ìîæåò áûòü îïðåäåëåíî ñðåäíåå çíà÷åíèåP =N∑pi =1i.(6.8)ÊÏÄ ëàçåðà, êàê ôóíêöèîíàëüíî çàêîí÷åííîãî óñòðîéñòâà, îïðåäåëÿåòñÿ îòíîøåíèåì ñóììàðíîé âûõîäíîé ýíåðãèè ê ýíåðãèè íàêà÷êèη=EΣE íàê.(6.9) îòëè÷èå îò ìîíîèìïóëüñíîãî ãåíåðàòîðà, â ðàññìàòðèâàåìîì ñëó÷àå ðàçäåëåíèå ïîëíîãîÊÏÄ íà ÊÏÄ çàïàñàíèÿ è ÊÏÄ èñïîëüçîâàíèÿ çàïàñåííîé ýíåðãèè íà ïðàêòèêå íå èñïîëüçóåòñÿ.6.3.
Ôóíêöèîíàëüíûå çàâèñèìîñòè ïàðàìåòðîâ âûõîäíîãî èçëó÷åíèÿ.Îáùíîñòü ðàçâèòèÿ ïðîöåññîâ â ëàçåðå ñ àêòèâíîé ìîäóëÿöèåé äîáðîòíîñòè â ðåæèìàõãåíåðàöèè ìîíîèìïóëüñà è “ïà÷êè” èìïóëüñîâ ïîçâîëÿåò îïóñòèòü ïîñëåäîâàòåëüíîå ðàññìîòðåíèå âñåõ çàâèñèìîñòåé è îãðàíè÷èòüñÿ ðàññìîòðåíèåì òîëüêî äëÿ òåõ ïàðàìåòðîâíà÷àëüíûõ óñëîâèé, ðîëü êîòîðûõ îòëè÷íà îò ìîíîèìïóëüñíûõ ëàçåðîâ èëè îïòèìèçàöèÿ êîòîðûõ èìååò ñâîþ îñîáåííîñòü.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
