LID. Усиление и генерация импульсного излучения в твёрдотельных лазерах (1095924), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Ðàññìîòðèì çàâèñèìîñòè îò ýíåðãèè íàêà÷êè, âëèÿíèå ôîðìûèìïóëüñà íàêà÷êè, êîýôôèöèåíòà îòðàæåíèÿ âûõîäíîãî çåðêàëà, çàäåðæêè äî âêëþ÷åíèÿ è ïåðèîäà ïîâòîðåíèÿ âêëþ÷åíèÿ ìîäóëÿòîðà äîáðîòíîñòè.Ñðàçó íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî â ñèëó òîãî, ÷òî ñðåäíåå çíà÷åíèå êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ ñðåäû â ðåæèìå ãåíåðàöèè “ïà÷êè” ìåíüøå, ÷åì â ìîíîèìïóëüñíîì ðåæèìå, ñëåäîâàòåëüíî âðåìÿ ëèíåéíîãî ðàçâèòèÿ ãåíåðàöèè áóäåò áîëüøèì (ñì.(5.42) è (5.55)). Ýòîçíà÷èòåëüíî ñíèæàåò òðåáîâàíèÿ ê âðåìåíè âêëþ÷åíèÿ ìîäóëÿòîðà äîáðîòíîñòè. Àíàëîãè÷íîñíèæàåòñÿ òðåáîâàíèå ê íà÷àëüíîìó ïðîïóñêàíèþ ìîäóëÿòîðà. Õàðàêòåð âëèÿíèÿ èõ íà ïàðàìåòðû âûõîäíîãî èçëó÷åíèÿ àíàëîãè÷åí ðàññìîòðåííûì â ðàçäåëå 5 äëÿ ìîíîèìïóëüñíîãîðåæèìà è çäåñü îíè ðàññìàòðèâàòüñÿ íå áóäóò.104Óñèëåíèå è ãåíåðàöèÿ èìïóëüñíîãî èçëó÷åíèÿâ òâåðäîòåëüíûõ ëàçåðàõ.Ëàçåð ñ àêòèâíîé ìîäóëÿöèåé äîáðîòíîñòè.Ðåæèì ãåíåðàöèÿ “ïà÷êè” èìïóëüñîâ.Ýíåðãèÿ íàêà÷êè.
Áóäåì ðàññìàòðèâàòü èçìåíåíèåïðîöåññà ãåíåðàöèè ïðè èçìåíåíèè ýíåðãèè íàêà÷êè â ïðåäïîëîæåíèè, ÷òî ìîäóëÿòîð äîáðîòíîñòè ïåðâûé ðàç âêëþ÷àåòñÿñïóñòÿ âðåìÿ Tçàä îò íà÷àëà íàêà÷êè è äàëåå ïðîöåññâêëþ÷åíèÿ ïðîèñõîäèò ïåðèîäè÷åñêè ÷åðåç âðåìÿ Tñë â òå÷åíèèèìïóëüñà íàêà÷êè. Íà ðèñ.6.2 ïðèâåäåíû âðåìåííûå çàâèñèìîñòè ïðîöåññîâ íàêà÷êè è ãåíåðàöèè â ïðèïîðîãîâîé îáëàñòè.Ðèñ.6.2. Ãåíåðàöèè “ïà÷êè” èìÖèôðàìè íà îñè àáñöèññ îòìå÷åíû ìîìåíòû âêëþ÷åíèÿ ìîäóïóëüñîâ íà ïîðîãå ãåíåðàöèè.ëÿòîðà äîáðîòíîñòè. Íà ïîðîãå ãåíåðàöèè ïåðâûå ïÿòü ðàç ìîäóëÿòîð îòêðûâàåòñÿ, íî ïîðîãîâîå óñëîâèå íå âûïîëíÿåòñÿ,òàê êàê ìàë êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ñðåäû k ( t ) , è ãåíåðàöèÿ îòñóòñòâóåò.
Íà øåñòîåâêëþ÷åíèå ïîðîãîâîå óñëîâèå âûïîëíÿåòñÿ è ãåíåðèðóåòñÿ èìïóëüñ èçëó÷åíèÿ. Òàêèì îáðàçîì ãåíåðàöèÿ íà÷èíàåòñÿ äëÿ òîãî ìîìåíòà âêëþ÷åíèÿ, êîòîðûé íàèáîëåå áëèçîê ê ìàêñèìóìó çàâèñèìîñòè k ( t ) .Ïðè óâåëè÷åíèè ýíåðãèè íàêà÷êè çàâèñèìîñòü k ( t ) ïîäíèìàåòñÿ âûøå. Îòíîøåíèå êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ ñðåäû ê ñóììàðíûì ïîòåðÿì ñ îòêðûòûì çàòâîðîì âîçðàñòàåò è ýíåðãèÿ èçëó÷åíèÿ èìïóëüñà óâåëè÷èâàåòñÿ. Íî ïîêà ïðîèñõîäèò ãåíåðàöèÿ îäíîãî èìïóëüñà èçëó÷åíèÿ. Ýòî áóäåò ïðîèñõîäèòü äî òåõ ïîð, ïîêà ñ ðîñòîì ýíåðãèè íàêà÷êè íå íà÷íóò âûïîëíÿòüñÿ óñëîâèÿ äëÿ ãåíåðàöèè âòîðîãî èìïóëüñà, ðàñïîëîæåííîãî ñëåâà èëè ñïðàâà îò ïåðâîãî èìïóëüñà èçëó÷åíèÿ.
Òåïåðü áóäóò èçëó÷àòüñÿ äâà èìïóëüñà ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ. Ïðèäàëüíåéøåì óâåëè÷åíèè ýíåðãèè íàêà÷êè äëÿ âñå áîëüøåãî ÷èñëà âêëþ÷åíèé ìîäóëÿòîðàäîáðîòíîñòè âûïîëíÿåòñÿ óñëîâèå ãåíåðàöèè è â ãåíåðàöèþ âûõîäèò âñå áîëüøåå ÷èñëî èìïóëüñîâ. Ñ ðîñòîì ýíåðãèè íàêà÷êè âîçðàñòàåò ÷èñëî ãåíåðèðóåìûõ èìïóëüñîâ.Íà ðèñ.6.3 ïðåäñòàâëåíû àíàëîãè÷íûå ðèñ.6.2 çàâèñèìîñòè, íî ïðè áîëüøåé ýíåðãèè íàêà÷êè.  äàííîì ñëó÷àå ïåðâûé ðàç ïîðîãîâîå óñëîâèå âûïîëíÿåòñÿ äëÿ ÷åòâåðòîãî âêëþ÷åíèÿìîäóëÿòîðà äîáðîòíîñòè. Ïîñëå ýòîãî ãåíåðàöèÿ ïðîèñõîäèò ïðè ïÿòîì âêëþ÷åíèè ìîäóëÿòîðà.
Ðåæèì ãåíåðàöèè ýòîãî èìïóëüñà òàêîâ, ÷òî ïðîèñõîäèò äîñòàòî÷íî áîëüøîé ñúåì ýíåðãèè ñ âåðõíåãî ëàçåðíîãî óðîâíÿ èêîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ óìåíüøàåòñÿ íà äîñòàòî÷íî áîëüøóþâåëè÷èíó. Ïðîäîëæàþùàÿñÿ íàêà÷êà óâåëè÷èâàåò èíâåðñíóþíàñåëåííîñòü, íî âåëè÷èíà åå íåäîñòàòî÷íà, ÷òîáû ê øåñòîìóâêëþ÷åíèþ ìîäóëÿòîðà äîáðîòíîñòè âûïîëíÿëîñü ïîðîãîâîåóñëîâèå. Ìîäóëÿòîð äîáðîòíîñòè âêëþ÷àåòñÿ, íî èìïóëüñ èçëó÷åíèÿ íå ãåíåðèðóåòñÿ. Ïðîäîëæàþùèéñÿ ïðîöåññ íàêà÷êèñîçäàåò íåîáõîäèìîå äëÿ ãåíåðàöèè çíà÷åíèå êîýôôèöèåíòàÐèñ.6.3.
Ãåíåðàöèè “ïà÷êè” èìóñèëåíèÿ ñðåäû äëÿ ãåíåðàöèè èìïóëüñà ïðè ñåäüìîìïóëüñîâ ïðè ïðåâûøåíèè ïîðîâêëþ÷åíèè ìîäóëÿòîðà. Ìîùíîñòü íàêà÷êè óáûâàåò è âåëè÷èíàãà ãåíåðàöèè.åå íå ïîçâîëÿåò ñîçäàòü óñëîâèÿ äëÿ ãåíåðàöèè ïîñëåäóþùèõèìïóëüñîâ èçëó÷åíèÿ.Îòìåòèì îñîáåííîñòü ïîÿâëåíèÿ èìïóëüñîâ ãåíåðàöèè. Ñðàâíåíèå ðåçóëüòàòîâ ðèñ.6.3ñ ðåçóëüòàòàìè ðèñ.6.2 ïîêàçûâàåò, ÷òî åñëè ïåðâîíà÷àëüíî óñëîâèå ãåíåðàöèè âûïîëíÿëîñüäëÿ íåêîòîðîãî ìîìåíòà âêëþ÷åíèÿ ìîäóëÿòîðà äîáðîòíîñòè, òî ïðè óâåëè÷åíèè ýíåðãèè íàêà÷êè ïîðîãîâîå óñëîâèå äëÿ ýòîãî æå ìîìåíòà âêëþ÷åíèÿ ìîæåò íå âûïîëíÿòüñÿ.
Âûïîëíåíèå èëè íåâûïîëíåíèå óñëîâèÿ ãåíåðàöèè îïðåäåëÿåòñÿ ïðåäûñòîðèåé ãåíåðàöèè105Óñèëåíèå è ãåíåðàöèÿ èìïóëüñíîãî èçëó÷åíèÿâ òâåðäîòåëüíûõ ëàçåðàõ.Ëàçåð ñ àêòèâíîé ìîäóëÿöèåé äîáðîòíîñòè.Ðåæèì ãåíåðàöèÿ “ïà÷êè” èìïóëüñîâ.ïðåäûäóùèõ èìïóëüñîâ. Ïðè äàëüíåéøåì óâåëè÷åíèè ýíåðãèè íàêà÷êè ÷èñëî ãåíåðèðóåìûõèìïóëüñîâ ïðîäîëæàåò âîçðàñòàòü è ìû ïîëó÷àåì ðàçâèòèå ïðîöåññîâ, àíàëîãè÷íîå ïðåäñòàâëåííûì íà ðèñ.6.1. Ïðè áîëüøîé ýíåðãèè íàêà÷êè ïðè êàæäîì âêëþ÷åíèè ìîäóëÿòîðà ïðîèñõîäèò ãåíåðàöèÿ ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ.Íà ðèñ.6.4 ïðèâåäåíû çàâèñèìîñòè âûõîäíûõïàðàìåòðîâ ëàçåðà îò ýíåðãèè íàêà÷êè. Êàê è â ìîíîèìïóëüñíîì ëàçåðå, çàâèñèìîñòè õàðàêòåðèçóþòñÿíàëè÷èåì ïîðîãîâîé ýíåðãèåé íàêà÷êè.
Ñ ðîñòîìýíåðãèè íàêà÷êè ïðîèñõîäèò óâåëè÷åíèå ýíåðãèè âûõîäíîãî èçëó÷åíèÿ ïðàêòè÷åñêè ëèíåéíî. ÊÏÄ ëàçåðàìîíîòîííî âîçðàñòàåò. Íà ðèñ.6.4 ïðåäñòàâëåíû çàâèñèìîñòè äëÿ äëèòåëüíîñòè è ìîùíîñòè èçëó÷åíèÿ,ðàññ÷èòàííûå ïî (6.7), (6.8). Ñêà÷êè ââåðõ íà çàâèñèìîñòè äëÿ äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà ñîîòâåòñòâóþò ïîÐèñ.6.4. Çàâèñèìîñòè ïàðàìåòðîâ ëàçåðà âðåæèìå ãåíåðàöèè “ïà÷êè” èìïóëüñîâ îòÿâëåíèþ â ãåíåðàöèè íîâûõ èìïóëüñîâ èçëó÷åíèÿ.ýíåðãèè íàêà÷êè.Áîëüøàÿ äëèòåëüíîñòü ýòèõ èìïóëüñîâ ïðèâîäèò êóâåëè÷åíèþ ñðåäíåãî çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè. Ñêà÷êèìîùíîñòè èçëó÷åíèÿ ïðîèñõîäÿò ïî òîé æå ïðè÷èíå è íàõîäÿòñÿ â îáðàòíîé çàâèñèìîñòè ïîñðàâíåíèþ ñ äëèòåëüíîñòüþ èìïóëüñà. Òàêèì îáðàçîì, íàëè÷èå ñêà÷êîâ íà ýòèõ çàâèñèìîñòÿõìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê õàðàêòåðèñòèêó âîçðàñòàíèÿ ÷èñëà ãåíåðèðóåìûõ èìïóëüñîâ ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ.Îáùèé õàðàêòåð çàâèñèìîñòåé äëÿ äëèòåëüíîñòè è ìîùíîñòè èçëó÷åíèÿ àíàëîãè÷åíìîíîèìïóëüñíîìó ëàçåðó - ñ ðîñòîì ýíåðãèè íàêà÷êè ñðåäíÿÿ äëèòåëüíîñòü èìïóëüñà óìåíüøàåòñÿ, ñðåäíåå çíà÷åíèå ìîùíîñòè âîçðàñòàåò, òàê êàê â ñðåäíåì äëÿ âñåõ èìïóëüñîâ èçëó÷åíèÿ óâåëè÷èâàåòñÿ îòíîøåíèå êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ ñðåäû ê ñóììàðíûì ïîòåðÿì ñ îòêðûòûì çàòâîðîì. îòëè÷èå îò ìîíîèìïóëüñíîãî ëàçåðà, â ðåæèìå ãåíåðàöèè ïà÷êè èìïóëüñîâ ýíåðãèÿâûõîäíîãî èçëó÷åíèÿ âîçðàñòàåò ëèíåéíî.
Ýòî ÿâëÿåòñÿ ñëåäñòâèåì òîãî, ÷òî äëÿ âñåõ èìïóëüñîâ èçëó÷åíèÿ ãåíåðàöèÿ ïðîèñõîäèò ïðè çíà÷åíèÿõ êîýôôèöèåíòîâ óñèëåíèÿ,çíà÷èòåëüíî ìåíüøèõ, ÷åì â ñëó÷àå ìîíîèìïóëüñíîãî ëàçåðà.  ìîíîèìïóëüñíîì ðåæèìå ïðèíàêà÷êå àêòèâíîãî ýëåìåíòà óðîâåíü ìàêñèìàëüíî äîñòèæèìîãî çíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ k0 îïðåäåëÿåòñÿ, ñ îäíîé ñòîðîíû, èçëó÷åíèåì íàêà÷êè, à ñ äðóãîé, îáåäíåíèåì âåðõíåãî ëàçåðíîãî óðîâíÿ çà ñ÷åò ñïîíòàííîãî ðàñïàäà è óñèëåííîé ëþìèíåñöåíöèè.
Èç óðàâíåíèÿ(5.16) ñëåäóåò, ÷òî ê ìîìåíòó âêëþ÷åíèÿ ìîäóëÿòîðà äîáðîòíîñòè ïîòåðè âåëè÷èíû êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ ñðåäû ðàâíûTçàä∆k =∫0 1 I ø+ ( t ) + I ø- ( t ) + k( t ) dt .Q íàñτæÓ÷èòûâàÿ, ÷òî âåëè÷èíà øóìîâîãî ïîòîêà ñâÿçàíà ñ âåëè÷èíîé êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ(ñì.(5.41)), ìû ïîëó÷àåì, ÷òî ïîòåðè çàïàñàåìîé íà âåðõíåì ëàçåðíîì óðîâíå àêòèâíîãî ýëåìåíòà ýíåðãèè òåì áîëüøå, ÷åì áîëüøå êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ k0 .  ðåæèìå ãåíåðàöèè“ïà÷êè” èìïóëüñîâ ñðåäíåå çíà÷åíèå êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ çà âåñü öèêë ãåíåðàöèèçíà÷èòåëüíî ìåíüøå, ïîýòîìó è ïîòåðè çàïàñàåìîé â àêòèâíîì ýëåìåíòå ýíåðãèè áóäóò ìåíüøå.
Ïðîèñõîäèò áîëåå ðàöèîíàëüíîå èñïîëüçîâàíèå çàïàñàåìîé â àêòèâíîì ýëåìåíòå ýíåð-106Óñèëåíèå è ãåíåðàöèÿ èìïóëüñíîãî èçëó÷åíèÿâ òâåðäîòåëüíûõ ëàçåðàõ.Ëàçåð ñ àêòèâíîé ìîäóëÿöèåé äîáðîòíîñòè.Ðåæèì ãåíåðàöèÿ “ïà÷êè” èìïóëüñîâ.ãèè. ÊÏÄ ëàçåðà â ðåæèìå ãåíåðàöèè “ïà÷êè” èìïóëüñîâ áóäåò áîëüøå, ÷åì â ìîíîèìïóëüñíîì ðåæèìå ïðèïðî÷èõ ðàâíûõ óñëîâèÿõ.Íà ðèñ.6.5 ïðèâåäåíû çàâèñèìîñòè ýíåðãèè âûõîäíîãî èçëó÷åíèÿ äëÿ ìîíîèìïóëüñíîãî ëàçåðà (ÌÈ)è ëàçåðà â ðåæèì ãåíåðàöèè “ïà÷êè” èìïóëüñîâ.
Îáàëàçåðà èìåþò îäèí è òîò æå àêòèâíûé ýëåìåíò è îòëè÷àþòñÿ ìîäóëÿòîðîì äîáðîòíîñòè. Êàæäûé èç ëàçåðîâ áûë îïòèìèçèðîâàí íà ñâîé ðåæèì ðàáîòû. Ñðàâíåíèå çàâèñèìîñòåé ðèñ.6.5 ïîêàçûâàåò, ÷òî íàèáîëüøèé âûèãðûø ïîëó÷àåòñÿ ïðè çíà÷èòåëüíîì ïðåâûøåíèè ïîðîãà ãåíåðàöèè, òî åñòü ïðè áîëüøèõçíà÷åíèÿõ êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ ñðåäû.Ðèñ.6.5. Ñðàâíåíèå ðåæèìîâ ãåíåðàöèè.Ôîðìà èìïóëüñà íàêà÷êè. Ïðè ãåíåðàöèè “ïà÷êè” èìïóëüñîâ âàæíûì âîïðîñîì ÿâëÿåòñÿ âîïðîñ î ôîðìå èìïóëüñà íàêà÷êè. Ïðè ãåíåðàöèè ìîíîèìïóëüñíîãî èçëó÷åíèÿ íàñ èíòåðåñîâàëà âåëè÷èíà êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ ñðåäû, êîòîðûé áóäåò èìåòü àêòèâíûé ýëåìåíòïåðåä ãåíåðàöèåé èìïóëüñà (â ìîìåíò âêëþ÷åíèÿ ìîäóëÿòîðà äîáðîòíîñòè).
Ýòî îïðåäåëÿåòñÿ èíòåãðàëüíûì âêëàäîì íàêà÷êè äî ìîìåíòà âêëþ÷åíèÿ çàòâîðà. Ïðè ãåíåðàöèè “ïà÷êè” èìïóëüñîâ ñ èìïóëüñîì íàêà÷êè êîëîêîëîîáðàçíîé ôîðìû (ðèñ.6.1) ìû ïîëó÷àåì ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ëàçåðíûõ èìïóëüñîâ, ðåãóëÿðíî ñëåäóþùèõ âî âðåìåíè, ÷òî îïðåäåëÿåòñÿ ïåðèîäè÷íîñòüþ âêëþ÷åíèÿ ìîäóëÿòîðà äîáðîòíîñòè âíåøíèì ñèãíàëîì óïðàâëåíèÿ. Íî òàê êàê îò èìïóëüñà ê èìïóëüñó èçëó÷åíèÿ èíòåãðàëüíûé âêëàä íàêà÷êè íåîäèíàêîâ èç-çà íåðàâíîìåðíîñòè ìîùíîñòè íàêà÷êè, ïîñëåäîâàòåëüíîñòü èìïóëüñîâ ÿâëÿåòñÿ íåðåãóëÿðíîé ïî ýíåðãèè. Íà ðèñ.6.6 ïðåäñòàâëåíû àíàëîãè÷íûå ðèñ.6.1 ðåçóëüòàòû, íî ïðè íàêà÷êåèìïóëüñîì ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû, êîòîðûé èìååò ïîñòîÿííóþ ìîùíîñòü.  ýòîì ñëó÷àå óäàåòñÿ ðåàëèçîâàòü ðåãóëÿðíóþ ïî ïåðèîäó ïîâòîðåíèÿ è ïî ýíåðãèè èçëó÷åíèÿ “ïà÷êó”Ðèñ.6.6. Ãåíåðàöèÿ “ïà÷êè” èìèìïóëüñîâ. Ðåãóëÿðíîñòü ïî ýíåðãèè îáåñïå÷èâàåòñÿ ïðè îïïóëüñîâ ïðè ïðÿìîóãîëüíîéôîðìå èìïóëüñà íàêà÷êè.òèìàëüíî âûáðàííîé çàäåðæêå äî âêëþ÷åíèÿ ìîäóëÿòîðàäîáðîòíîñòè.Äëèòåëüíîñòü èìïóëüñà íàêà÷êè.
Ðàññìàòðèâàÿ ðåæèì ãåíåðàöèè “ïà÷êè” èìïóëüñîâêàê ïîñëåäîâàòåëüíûé ðåæèì ãåíåðàöèè ìîíîèìïóëüñîâ çà îäèí èìïóëüñ íàêà÷êè, ìû ìîæåìâåðíóòüñÿ ê âîïðîñó î âûáîðå äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà íàêà÷êè.  ìîíîèìïóëüñíîì ëàçåðå îïòèìàëüíàÿ äëèòåëüíîñòü èìïóëüñà ïðè ëàìïîâîé íàêà÷êå îïðåäåëÿåòñÿ äåéñòâèåì äâóõ ôàêòîðîâ. Ñ îäíîé ñòîðîíû, ñîãëàñîâàíèå ñïåêòðîâ ïîãëîùåíèÿ àêòèâíîãî ýëåìåíòà è èçëó÷åíèÿëàìïû íàêà÷êè â èìåþùèõñÿ êîíñòðóêöèÿõ îñâåòèòåëåé òðåáóåò óâåëè÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
