LID. Усиление и генерация импульсного излучения в твёрдотельных лазерах (1095924), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Íî êîíå÷íîå âðåìÿ æèçíè ÷àñòèö íà âåðõíåì óðîâíå òðåáóåò óìåíüøåíèÿ äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà íàêà÷êè. Èç ýòèõ ïðîòèâîðå÷èâûõ òðåáîâàíèé îïðåäåëÿåòñÿ îïòèìàëüíîåçíà÷åíèå äëèòåëüíîñòè. Îäíèì èç îãðàíè÷åíèé äëÿ ïðåäåëüíîé ýíåðãèè íàêà÷êè ÿâëÿåòñÿðàññîãëàñîâàíèå ñïåêòðîâ.Âîïðîñ î äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà ïðè ïîëóïðîâîäíèêîâîé íàêà÷êå ñòîèò íåñêîëüêî ïîäðóãîìó. Ñîãëàñîâàíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ äèîäà ñî ñïåêòðîì ïîãëîùåíèÿ àêòèâíîãî ýëåìåíòà107Óñèëåíèå è ãåíåðàöèÿ èìïóëüñíîãî èçëó÷åíèÿâ òâåðäîòåëüíûõ ëàçåðàõ.Ëàçåð ñ àêòèâíîé ìîäóëÿöèåé äîáðîòíîñòè.Ðåæèì ãåíåðàöèÿ “ïà÷êè” èìïóëüñîâ.îáåñïå÷èâàåòñÿ âûáîðîì ðåæèìà ðàáîòû äèîäîâ è äëèòåëüíîñòü èìïóëüñà îãðàíè÷åíà òîëüêîñâåðõó âðåìåíåì æèçíè ÷àñòèö.
Ïðåäåëüíàÿ ìîùíîñòü èçëó÷åíèÿ äèîäîâ íàêà÷êè îãðàíè÷åíàñòîéêîñòüþ ïåðåõîäà. Óâåëè÷åíèå ýíåðãèè âûõîäíîãî èçëó÷åíèÿ ëàçåðà ìîæåò áûòüîáåñïå÷åíî ïðè ïåðåõîäå ê ðåæèìó ãåíåðàöèè “ïà÷êè” èìïóëüñîâ.Âëèÿíèå íà ðåæèì ãåíåðàöèè ïðè èçìåíåíèè äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà íàêà÷êè óäîáíîðàññìàòðèâàòü íà ïðèìåðå íàêà÷êè èìïóëüñàìè ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû. Ïóñòü äëÿ ìîíîèìïóëüñíîãî ðåæèìà âûáðàíà îïòèìàëüíàÿ äëèòåëüíîñòü èìïóëüñà íàêà÷êè. Îïòèìàëüíàÿ çàäåðæêà äî âêëþ÷åíèÿ ìîäóëÿòîðà äîáðîòíîñòè Tçàä áóäåò ðàâíà äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà íàêà÷êè (ðèñ.6.7.à). Äëÿ ïðîñòîòû ðàññìîòðåíèÿ ïðèìåì, ÷òî êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ñðåäû ïîñëå ãåíåðàöèè èìïóëüñà èçëó÷åíèÿ óìåíüøàåòñÿ äî íóëÿ.
Óâåëè÷èì äëèòåëüíîñòü èìïóëüñàíàêà÷êè â äâà ðàçà è â äâà ðàçà óâåëè÷èì ýíåðãèþ íàêà÷êè. Ìîùíîñòü íàêà÷êè â ýòîì ñëó÷àåîñòàåòñÿ íåèçìåííîé (ðèñ.6.7.á), òîåñòü íåèçìåííûì îñòàåòñÿ ñîãëàñîâàííûé ðåæèì íàêà÷êè. Ïîñëåãåíåðàöèè ïåðâîãî èìïóëüñà èçëó÷åíèÿ ïîâòîðíî âêëþ÷èì ìîäóëÿòîð äîáðîòíîñòè ÷åðåç Tñë = Tçàäè ïîëó÷èì âòîðîé èìïóëüñ èçëó÷åíèÿ ñ òàêîé æå ýíåðãèåé, êàê èà.á.ó ïåðâîãî.
Åñëè ïåðâîíà÷àëüíî ëàÐèñ.6.7. Ãåíåðàöèÿ “ïà÷êè” èìïóëüñîâ ïðè íàêà÷êå ðàçëè÷íîéçåð áûë îïòèìèçèðîâàí íà ìàêñèäëèòåëüíîñòüþ.ìàëüíûé ÊÏÄ, òî è â ñëó÷àå ãåíåðàöèè 2-õ èìïóëüñîâ ëàçåð òàêæåáóäåò ðàáîòàòü ñ ìàêñèìàëüíûì ÊÏÄ. Ïðîöåññ ñîãëàñîâàííîãî óâåëè÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè èýíåðãèè íàêà÷êè ìîæíî ïðîäîëæàòü äàëüøå. Ïðÿìî ïðîïîðöèîíàëüíî óâåëè÷åíèþ ýíåðãèþ íàêà÷êè áóäåò óâåëè÷èâàòüñÿ âûõîäíàÿ ýíåðãèÿ.
Ýòî îòëè÷àåò ðåæèì ãåíåðàöèè “ïà÷êè” èìïóëüñîâ îò ìîíîèìïóëüñíîãî ðåæèìà.  ìîíîèìïóëüñíîì ðåæèìå ïîäîáíîå ñîãëàñîâàííîå óâåëè÷åíèå äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà è ýíåðãèè íàêà÷êè ïðèâîäèò ê óìåíüøåíèþ ÊÏÄ, òàê êàê äëèòåëüíîñòü èìïóëüñà íàêà÷êè ñòàíîâèòñÿ áîëüøå âðåìåíè æèçíè ÷àñòèö. Óâåëè÷åíèå ýíåðãèèíàêà÷êè ïðè íåèçìåííîé äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà ïðèâîäèò ê óìåíüøåíèþ ÊÏÄ èç-çà ïîòåðüýíåðãèè çà ñ÷åò ðàçâèòèÿ óñèëåííîé ëþìèíåñöåíöèè.
Òàêèì îáðàçîì, ðåæèì ãåíåðàöèè “ïà÷êè”èìïóëüñîâ ïîçâîëÿåò óâåëè÷èòü ïîëó÷àåìóþ ñ àêòèâíîãî ýëåìåíòà ýíåðãèþ.Ïðè ñòðåìëåíèè äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà íàêà÷êè ê áåñêîíå÷íîñòè ìû ïåðåõîäèì ê ðåæèìó, íàçûâàåìîìó êâàçèíåïðåðûâíûì (ïåðèîäè÷åñêàÿ ìîäóëÿöèÿ äîáðîòíîñòè ïðè íåïðåðûâíîé íàêà÷êå). Ýòîò ðåæèì áóäåò ðàññìîòðåí â ðàçäåëå 13.Çàäåðæêà äî âêëþ÷åíèÿ ìîäóëÿòîðà äîáðîòíîñòè.
 ìîíîèìïóëüñíîì ëàçåðå çàäåðæêà äî âêëþ÷åíèÿ ìîäóëÿòîðà äîáðîòíîñòè âûáèðàëàñü èç óñëîâèÿ ïîëó÷åíèÿ ìàêñèìàëüíîé ýíåðãèè âûõîäíîãî èçëó÷åíèÿ. Ýòîìó ñîîòâåòñòâîâàë ìîìåíò âðåìåíè, ïðè êîòîðîì êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ k ( t ) äîñòèãàë ýêñòðåìàëüíîãî çíà÷åíèÿ ( dk ( t ) / dt =0).  ðåæèìå ãåíåðàöèè “ïà÷êè” èìïóëüñîâ ðîëü çàäåðæêè äî âêëþ÷åíèÿ ìîäóëÿòîðà äîáðîòíîñòè ñòàíîâèòñÿ èíîé.Âûáîð îïòèìàëüíîé çàäåðæêè ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü ðåãóëÿðíóþ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü èìïóëüñîâ(èìïóëüñîâ ñ ðàâíîé ýíåðãèé, ìîùíîñòè è äëèòåëüíîñòè èìïóëüñîâ).
Íà ïðàêòèêå, êàê ïðàâèëî,òàêàÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü èìïóëüñîâ è òðåáóåòñÿ. Ïðè îïòèìàëüíîì çíà÷åíèè çàäåðæêè Tçàä108Óñèëåíèå è ãåíåðàöèÿ èìïóëüñíîãî èçëó÷åíèÿâ òâåðäîòåëüíûõ ëàçåðàõ.Ëàçåð ñ àêòèâíîé ìîäóëÿöèåé äîáðîòíîñòè.Ðåæèì ãåíåðàöèÿ “ïà÷êè” èìïóëüñîâ.(ðèñ.6.6) íà÷àëüíûå è êîíå÷íûåçíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíòîâ óñèëåíèÿ ñðåäû ïðè ãåíåðàöèè âñåõ èìïóëüñîâ ðàâíû. Ðåçóëüòàòû âìàñøòàáå íàêà÷êè ïðè ðàçëè÷íûõçàäåðæêàõ äî âêëþ÷åíèÿ ìîäóëÿòîðà äîáðîòíîñòè ïðåäñòàâëåíûîïòíàðèñ.6.8.ÏðèTçàä < Tçàäà.á.(ðèñ.6.8.à) ïîðîãîâîå óñëîâèå äëÿÐèñ.6.8.
Ïðîöåññ ãåíåðàöèè “ïà÷êè” èìïóëüñîâ ñ ïðÿìîóãîëüíûìãåíåðàöèè ïåðâîãî èìïóëüñà âûèìïóëüñîì íàêà÷êè ïðè ðàçëè÷íûõ çàäåðæêàõ äî âêëþ÷åíèÿ ìîäóïîëíÿåòñÿ.Íîçíà÷åíèåëÿòîðà äîáðîòíîñòè.íà÷àëüíîãî êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ áóäåò ìåíüøå.  ýòîì ñëó÷àå ýíåðãîñúåì ïðè ãåíåðàöèè áóäåò ìåíüøå è ïîñëå ãåíåðàöèèáóäåò ïîëó÷åíî áîëüøåå çíà÷åíèå kêîí , ÷åì â ñëó÷àå ðèñ.6.6. Ïîýòîìó âòîðîé èìïóëüñ ãåíåðàöèè áóäåò ïî ýíåðãèè áîëüøå ñðåäíåãî çíà÷åíèÿ ðèñ.6.6. Ïðîöåññ óñòàíîâëåíèÿ ïî ýíåðãèèèìïóëüñîâ áóäåò èìåòü âèä àïåðèîäè÷åñêîãî ïðîöåññà.îïòÏðè Tçàä > Tçàä(ðèñ.6.8.á) íà÷àëüíîå çíà÷åíèå êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ k0 áóäåò áîëüøå,áîëüøå áóäåò ýíåðãîñúåì ïðè ãåíåðàöèè è ìåíüøå áóäåò êîíå÷íîå çíà÷åíèå kêîí . Ðåãóëÿðíîñòü ïî ýíåðãèè íàðóøàåòñÿ.
Ñðàâíåíèå ðåçóëüòàòîâ ðèñ.6.8.à è ðèñ.6.8.á ïîêàçûâàåò, ÷òîâåëè÷èíà ýíåðãèè ïåðâîãî èìïóëüñà ïîêàçûâàåò íàïðàâëåíèå îïòèìèçàöèè Tçàä . Åñëè ýíåðãèÿïåðâîãî èìïóëüñà ìåíüøå ñðåäíåé, âåëè÷èíó Tçàä íåîáõîäèìî óâåëè÷èâàòü, è íàîáîðîò. Ïðèèçìåíåíèè Tçàä íåîáõîäèìî èçìåíÿòü è Tñë òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû âûïîëíÿëîñü óñëîâèåTíàê = Tçàä + ( N − 1) ⋅ Tñë ) , ãäå N - ÷èñëî ãåíåðèðóåìûõ èìïóëüñîâ èçëó÷åíèÿ.
Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî íå âî âñåõ ñëó÷àÿõ âîçìîæíî ïîëó÷åíèå ðåãóëÿðíîé ïî ýíåðãèè ïîñëåäîâàòåëüíîñòèèìïóëüñîâ.Î÷åâèäíî, ÷òî â ðàññìàòðèâàåìîì ñëó÷àå ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû èìïóëüñà íàêà÷êè Òñëäîëæíî áûòü ìåíüøå Tçàä , òàê êàê íà÷èíàÿ ñî âòîðîãî èìïóëüñà èçëó÷åíèÿ íàêà÷êà íà÷èíàåòñÿíå ñ íóëåâîãî çíà÷åíèÿ, êàê äëÿ ïåðâîãî èìïóëüñà, à ñ k(êîín) .Ïîëó÷åíèå ðåãóëÿðíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè èìïóëüñîâ âîçìîæíî äëÿ çàäàííîé ýíåðãèèíàêà÷êè. Ïðè èçìåíåíèè åå âåëè÷èíû áóäåò íàðóøàòüñÿ è ðåãóëÿðíîñòü èìïóëüñîâ èçëó÷åíèÿ.Êîýôôèöèåíò îòðàæåíèÿ âûõîäíîãî çåðêàëà. Îáùèå ñîîòíîøåíèÿ ïî âûáîðó îïòèìàëüíîãî êîýôôèöèåíòà îòðàæåíèÿ çåðêàëà äëÿ ëàçåðà â ðåæèìå ãåíåðàöèè “ïà÷êè” èìïóëüñîâ òå æå ñàìûå, ÷òî è â ìîíîèìïóëüñíîì ðåæèìå ((5.49)-(5.50)). Ýòî ñëåäóåò èç ñàìîãî ïðèíöèïà ãåíåðàöèè.
Íî ïðè ãåíåðàöèè “ïà÷êè” èìïóëüñîâ çíà÷åíèÿ íà÷àëüíûõ êîýôôèöèåíòîâóñèëåíèÿ ñðåäû ìåíüøå, ÷åì â ñëó÷àå ìîíîèìïóëüñíîãî ëàçåðà. Òîãäà, î÷åâèäíî, îïòèìàëüíûå çíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíòîâ îòðàæåíèÿ (ïî ýíåðãèè è ìîùíîñòè èçëó÷åíèÿ) áóäóò èìåòüáîëüøèå çíà÷åíèÿ, ÷åì â ñëó÷àå ìîíîèìïóëüñíîãî ëàçåðà. Íåîáõîäèìî îòìåòèòü îäíó îñîáåííîñòü ëàçåðà â ðåæèìå ãåíåðàöèè “ïà÷êè” èìïóëüñîâ.
Ãåíåðàöèþ ìîíîèìïóëüñà ìîæíîðàññìàòðèâàòü êàê ÷àñòíûé ñëó÷àé ðåæèìà ãåíåðàöèè “ïà÷êè” ïðè íàäëåæàùåì âûáîðå çàäåðæêè äî âêëþ÷åíèÿ ìîäóëÿòîðà äîáðîòíîñòè è ïåðèîäà ñëåäîâàíèÿ. Ïîýòîìó çàâèñèìîñòüäëÿ âûõîäíîé ýíåðãèè îò êîýôôèöèåíòà îòðàæåíèÿ âûõîäíîãî çåðêàëà áóäåò çàâèñåòü îò109Óñèëåíèå è ãåíåðàöèÿ èìïóëüñíîãî èçëó÷åíèÿâ òâåðäîòåëüíûõ ëàçåðàõ.Ëàçåð ñ àêòèâíîé ìîäóëÿöèåé äîáðîòíîñòè.Ðåæèì ãåíåðàöèÿ “ïà÷êè” èìïóëüñîâ.÷èñëà ãåíåðèðóåìûõ èìïóëüñîâ. Íà ðèñ.6.9 ïðèâåäåíà çàâèñèìîñòü ýíåðãèè âûõîäíîãî èçëó÷åíèÿ îò êîýôôèöèåíòà îòðàæåíèÿ âûõîäíîãî çåðêàëà ïðè ðàçëè÷íîì ïåðèîäå ïîâòîðåíèÿèìïóëüñîâ (êðèâûå 1, 2 è 3).
Òàì æå ïðåäñòàâëåíà àíàëîãè÷íàÿ çàâèñèìîñòü äëÿ ìîíîèìïóëüñíîãî ëàçåðà (ÌÈ). Ïðè áîëüøèõ ïåðèîäàõ ïîâòîðåíèÿ èìïóëüñîâ â îáëàñòè ìàëûõçíà÷åíèé R çàâèñèìîñòü ðèñ.6.9 ïîëíîñòüþ ñîâïàäàåò ñ àíàëîãè÷íîé çàâèñèìîñòüþ äëÿ ìîíîèìïóëüñíîãî ëàçåðà. Ïðè óâåëè÷åíèè êîýôôèöèåíòà îòðàæåíèÿ óìåíüøàþòñÿ ñóììàðíûå ïîòåðè ñ îòêðûòûì çàòâîðîì è íà÷èíàåò âûïîëíÿòüñÿ óñëîâèå ãåíåðàöèè äëÿ âòîðîãî èìïóëüñà èçëó÷åíèÿ. Ýòî ÿâëÿåòñÿ ïðè÷èíîé èçëîìà çàâèñèìîñòè (ñì., íàïðèìåð, êðèâóþ (1) ðèñ.6.9). Ïðè äàëüíåéøåì óìåíüøåíèè ïåðèîäà ïîâòîðåíèÿ òî÷êà èçëîìàñìåùàåòñÿ â îáëàñòü ìåíüøèõ çíà÷åíèé R. Ïðè ìàëûõçíà÷åíèÿõ ïåðèîäà ïîâòîðåíèÿ çàâèñèìîñòü ïðèîáðåòàåòâèä êðèâîé 3 íà ðèñ.6.9.
Ñðàâíåíèå åå ñ ìîíîèìïóëüñíûìEðåæèìîì ïîêàçûâàåò, ÷òî îïòèìàëüíîå çíà÷åíèå RîïòâîçÐèñ.6.9. Çàâèñèìîñòü ýíåðãèè èçðàñòàåò. Ðåçóëüòàòû ðèñ.6.9 ïîêàçûâàþò, ÷òî â ðåæèìå ãåëó÷åíèÿîò êîýôôèöèåíòà îòðàæåíåðàöèè “ïà÷êè” èìïóëüñîâ ìàêñèìàëüíî ðåàëèçóåìûåíèÿ âûõîäíîãî çåðêàëà.ýíåðãèè âûõîäíîãî èçëó÷åíèÿ áîëüøå, ÷åì â ìîíîèìïóëüñíîì ðåæèìå. Ïðè÷èíû ýòîãî áûëè ðàññìîòðåíû âûøå.Ïîêà ïðè ðàññìîòðåíèè âîïðîñà î âûáîðå îïòèìàëüíîãî êîýôôèöèåíòà îòðàæåíèÿ âûõîäíîãî çåðêàëà ìû íå ãîâîðèëè î ôîðìå èìïóëüñà íàêà÷êè. Âûøå áûëî ðàññìîòðåíî âëèÿíèåôîðìû èìïóëüñà íàêà÷êè íà ðåãóëÿðíîñòü ãåíåðèðóåìîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè èìïóëüñîâ ïîýíåðãèè (ðèñ.6.6). Ðåãóëÿðíîñòü ïî ýíåðãèè âñåõ èìïóëüñîâ îáåñïå÷èâàëàñü òåì, ÷òî ê ìîìåíòóãåíåðàöèè êàæäîãî èç èìïóëüñîâ êîýôôèöèåíòû óñèëåíèÿ èìåëè îäèíàêîâûå çíà÷åíèÿ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
