LID. Усиление и генерация импульсного излучения в твёрдотельных лазерах (1095924), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Âýòîì ñëó÷àå, êàê ýòî ñëåäóåò èç (5.49)-(5.50), çíà÷åíèå êîýôôèöèåíòà îòðàæåíèÿ áóäåò îïòèìàëüíûì äëÿ âñåõ èìïóëüñîâ. Ïðè èñïîëüçîâàíèè èìïóëüñà êîëîêîëîîáðàçíîé ôîðìû(ðèñ.6.1) êîýôôèöèåíòû óñèëåíèÿ ïåðåä ãåíåðàöèåé èìïóëüñîâ èìåþò îòëè÷àþùèåñÿçíà÷åíèÿ. Ïîýòîìó îïòèìèçàöèÿ êîýôôèöèåíòà îòðàæåíèÿ çåðêàëà ïðîâîäèòñÿ ïî ñðåäíåìóçíà÷åíèþ êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ ñðåäû çà âåñü öèêë ãåíåðàöèè. Íî ýòî çíà÷åíèå áóäåò íåîïòèìàëüíûì äëÿ êàæäîãî èç èìïóëüñîâ.  ñèëó òîãî, ÷òî çàâèñèìîñòü ýíåðãèè îò R èìååò øèðîêèé ìàêñèìóì, ýòèì îòëè÷èåì ìîæíî ïðåíåáðå÷ü ïðè ãåíåðàöèè áîëüøîãî ÷èñëà èìïóëüñîâ(ïðè íåáîëüøîì îòëè÷èè çíà÷åíèé êîýôôèöèåíòîâ óñèëåíèÿ ñðåäû).Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî ðàíåå ðàññìîòðåííàÿ ðåãóëÿðèçàöèÿ ïî ýíåðãèè èìïóëüñîââûïîëíÿåòñÿ ïðè çàäàííîé ýíåðãèè íàêà÷êè.
Òîæå ñàìîå îòíîñèòñÿ êîýôôèöèåíòó îòðàæåíèÿâûõîäíîãî çåðêàëà. Ïðè èçìåíåíèè R èçìåíÿþòñÿ ñóììàðíûå ïîòåðè ðåçîíàòîðà ñ îòêðûòûìçàòâîðîì, èçìåíÿåòñÿ âåëè÷èíà kêîí ïîñëå ãåíåðàöèè ïåðâîãî èìïóëüñà. Èçìåíåíèå R, ïîïðîÿâëåíèþ èçìåíåíèé êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ ñðåäû, ýêâèâàëåíòíî èçìåíåíèþ çàäåðæêè äîâêëþ÷åíèÿ çàòâîðà. Âûáîð îïòèìàëüíîé çàäåðæêè ïðîâîäÿò ïîñëå âûáîðà îïòèìàëüíîãî êîýôôèöèåíòà îòðàæåíèÿ âûõîäíîãî çåðêàëà.Ñåé÷àñ ìîæíî îòâåòèòü íà îäèí âàæíûé âîïðîñ î òîì, ìîæíî ëè íà îäíîì ëàçåðå ðåàëèçîâàòü ðàçëè÷íûå ðåæèìû ðàáîòû - ãåíåðàöèþ ìîíîèìïóëüñà èëè “ïà÷êè” èìïóëüñîâ.
Òåõíè÷åñêèå âîçìîæíîñòè ýëåêòðîííûõ ñõåì óïðàâëåíèÿ ìîäóëÿòîðîì äîáðîòíîñòè ïîçâîëÿþòýòî ðåàëèçîâàòü. Íî åñëè âûõîäíîå çåðêàëî áûëî îïòèìèçèðîâàíî íà îäèí ðåæèì ðàáîòû, òî110Óñèëåíèå è ãåíåðàöèÿ èìïóëüñíîãî èçëó÷åíèÿâ òâåðäîòåëüíûõ ëàçåðàõ.Ëàçåð ñ àêòèâíîé ìîäóëÿöèåé äîáðîòíîñòè.Ðåæèì ãåíåðàöèÿ “ïà÷êè” èìïóëüñîâ.äëÿ äðóãîãî ðåæèìà îíî áóäåò íåîïòèìàëüíûì.
Ëàçåð áóäåò ðàáîòàòü, íî ÊÏÄ åãî áóäåòìåíüøå, ÷åì â ñëó÷àå îïòèìèçàöèè íà òîò ðåæèì ðàáîòû, â êîòîðûé ìû åãî ïåðåâîäèì.6.4. Ëàçåð íà àêòèâíûõ ýëåìåíòàõ ñ ñåíñèáèëèçàòîðàìè. ðàçäåëå 4 áûëî ïîêàçàíî, ÷òî îäíèì èç ìåòîäîâ ïîâûøåíèÿ ýôôåêòèâíîñòè íàêà÷êèÿâëÿåòñÿ ñåíñèáèëèçàöèÿ àêòèâíûõ ýëåìåíòîâ èîíàìè ñîàêòèâàòîðîâ, êîòîðûå ïîãëîùàþò èçëó÷åíèå íàêà÷êè â òîé ÷àñòè ñïåêòðà, â êîòîðîé äëÿ èîíà îñíîâíîãî àêòèâàòîðà îòñóòñòâóåò ïîãëîùåíèå.
Áåçûçëó÷àòåëüíàÿ ïåðåäà÷à ýíåðãèè îò èîíà ñîàêòèâàòîðà ê èîíó àêòèâàòîðà ïîçâîëÿåò óâåëè÷èòü ýíåðãîâêëàä íà âåðõíèé ëàçåðíûé óðîâåíü. Ñ òî÷êè çðåíèÿ ðàçâèòèÿ ïðîöåññîâ ãåíåðàöèè íàëè÷èå ïåðåäà÷è ìîùíîñòè íàêà÷êè îò èîíà ñåíñèáèëèçàòîðà ýêâèâàëåíòíî óâåëè÷åíèþ ñêîðîñòè íàêà÷êè Wíàê ( t ) . Äåéñòâèòåëüíî, óðàâíåíèÿ äëÿ íàñåëåííîñòåé óðîâíåéáûëè ñâåäåíû ê îäíîìó óðàâíåíèþ äëÿ ðàçíîñòè íàñåëåííîñòåé óðîâíåé, âûíóæäåííûé ïåðåõîä ìåæäó êîòîðûìè îáåñïå÷èâàåò óñèëåíèå ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ.  ýòîì óðàâíåíèè óæå îòñóòñòâóåò èíôîðìàöèÿ î ïóòÿõ ïîñòóïëåíèÿ ýíåðãèè íà âåðõíèé ëàçåðíûé óðîâåíü.
Íàêà÷êàýëåìåíòà îïèñûâàåòñÿ ôîðìàëèçîâàííûì ïàðàìåòðîì Wíàê ( t ) .Âñå ýòî ñïðàâåäëèâî äî òåõ ïîð, ïîêà âðåìÿ ïåðåäà÷è ýíåðãèè îò ñîàêòèâàòîðà ê àêòèâàòîðó ïðîèñõîäèò çà ìàëûå âðåìåíà (âðåìÿ ïåðåäà÷è ìíîãî ìåíüøå âðåìåíè æèçíè ÷àñòèöíà âåðõíåì óðîâíå èîíà àêòèâàòîðà).  òîì ñëó÷àå, êîãäà âðåìÿ ïåðåäà÷è áîëüøå âðåìåíèæèçíè, äëÿ ìîíîèìïóëüñíîãî ðåæèìà îêàçûâàåòñÿ íåýôôåêòèâíûì. Íî äëÿ ýòîãî òèïà àêòèâíîãî ýëåìåíòà íàèáîëåå ïîëíî óäàåòñÿ ðåàëèçîâàòü âñå åãîâûñîêèå ïîòåíöèàëüíûå âîçìîæíîñòè â ðåæèìå ãåíåðàöèè“ïà÷êè” èìïóëüñîâ. Ðàññìîòðèì ýòî íà ïðèìåðå ëàçåðà íàYSGG:Cr3+:Tm3+:Ho3+.
Íàïîìíèì, ÷òî ãåíåðàöèÿ ïðîèñõîäèò íàïåðåõîäàõ èîíà Ho3+. Èîíû Tm3+ è Cr3+ ÿâëÿþòñÿ ñîàêòèâàòîðàìè. Ðàçìåðû ýëåìåíòà: ∅3õ50 ìì. Äëÿ íàãëÿäíîñòè ïîëó÷åííûõðåçóëüòàòîâ ðàññìîòðèì ñëó÷àé íàêà÷êè ïðÿìîóãîëüíûì èìïóëüñîì ñ ýíåðãèåé 80 Äæ.  ìîíîèìïóëüñíîì ðåæèìå(ðèñ.6.10) îïòèìàëüíàÿ çàäåðæêà äî âêëþ÷åíèÿ ìîäóëÿòîðàÐèñ.6.10. Ãåíåðàöèÿ ìîíîèìäîáðîòíîñòè áîëüøå äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà íàêà÷êè, òàê êàêïóëüñà â ëàçåðå íà àêòèâíîìïîñëå îêîí÷àíèÿ äåéñòâèÿ íàêà÷êè ïåðåäà÷à ýíåðãèè íà âåðõýëåìåíòå ñ ñåíñèáèëèçàòîðîì.íèé ëàçåðíûé óðîâåíü ïðîäîëæàåòñÿ îò èîíîâ ñîàêòèâàòîðîâ.
Âýòîì ðåæèìå ÊÏÄ ëàçåðà ðàâåí 0,11%. Ïîñëå îêîí÷àíèÿ ãåíåðàöèè ïðîäîëæàþùàÿñÿ ïåðåäà÷à ýíåðãèè îò ñîàêòèâàòîðàïðèâîäèò ê òîìó, ÷òî êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ äîñòèãàåò óðîâíÿ,ñîèçìåðèìîãî ñ òåì, êîòîðûé ìû èìåëè ïðè ãåíåðàöèè ëàçåðíîãî èìïóëüñà.Íà ðèñ.6.11 ïðèâåäåíû çàâèñèìîñòè ïðîöåññà ãåíåðàöèèäëÿ òîãî æå ëàçåðà, íî â ðåæèìå ãåíåðàöèè “ïà÷êè” èìïóëüñîâ.ÊÏÄ ëàçåðà â ýòîì ðåæèìå ñîñòàâëÿåò 2,2%. Âûèãðûø ïî ÊÏÄ âÐèñ.6.11.
Ãåíåðàöèÿ “ïà÷êè”ðàññìàòðèâàåìîì ñëó÷àå ñîñòàâëÿåò 20 ðàç. Âûñîòà êàæäîãîèìïóëüñîâ â ëàçåðå íà àêèìïóëüñà èçëó÷åíèÿ íà ðèñ.6.11 ïðîïîðöèîíàëüíà åãî ýíåðãèè.òèâíîì ýëåìåíòå ñ ñåíñèáèëèÈçìåíåíèå ýíåðãèè îò èìïóëüñà ê èìïóëüñó èçëó÷åíèÿ ñîîòâåòçàòîðîì.ñòâóåò èçìåíåíèþ ýíåðãîâêëàäà îò ñîàêòèâàòîðîâ. Äàæå ïðè111Óñèëåíèå è ãåíåðàöèÿ èìïóëüñíîãî èçëó÷åíèÿâ òâåðäîòåëüíûõ ëàçåðàõ.Ëàçåð ñ àêòèâíîé ìîäóëÿöèåé äîáðîòíîñòè.Ðåæèì ãåíåðàöèÿ “ïà÷êè” èìïóëüñîâ.èñïîëüçîâàíèè èìïóëüñà íàêà÷êè ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû ãåíåðèðóåìàÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòüèìïóëüñîâ ÿâëÿåòñÿ íåðåãóëÿðíîé ïî ýíåðãèè.Âûâîäû.  ðåæèìå ãåíåðàöèè “ïà÷êè” èìïóëüñîâ â ëàçåðå ñ àêòèâíîé ìîäóëÿöèåé äîáðîòíîñòè óäàåòñÿ ïîëó÷èòü áîëüøèé ÊÏÄ, ÷åì â ìîíîèìïóëüñíîì ðåæèìå ðàáîòû. Ýòî ïðîèñõîäèò èç-çà áîëåå ðàöèîíàëüíîãî èñïîëüçîâàíèÿ çàïàñàåìîé íà âåðõíåì ëàçåðíîì óðîâíå àêòèâíîãî ýëåìåíòà ýíåðãèè.
Íî ïðè èçìåíåíèè ýíåðãèè íàêà÷êè ÷èñëî ãåíåðèðóåìûõ èìïóëüñîâèçìåíÿåòñÿ.Ðåãóëÿðèçàöèÿ ïî ïåðèîäó ñëåäîâàíèÿ èìïóëüñîâ èçëó÷åíèÿ îáåñïå÷èâàåòñÿ àâòîìàòè÷åñêè çà ñ÷åò ïåðèîäè÷íîñòè èìïóëüñîâ óïðàâëåíèÿ ìîäóëÿòîðîì äîáðîòíîñòè. Ðåãóëÿðíîñòü ïî ýíåðãèè èìïóëüñîâ îáåñïå÷èâàåòñÿ ïðè èñïîëüçîâàíèè äëÿ íàêà÷êè èìïóëüñîâ ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû. Äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ðåãóëÿðíîñòè ïî ýíåðãèè òàêæå íåîáõîäèìî âûáèðàòüîïòèìàëüíóþ çàäåðæêó äî âêëþ÷åíèÿ ìîäóëÿòîðà äîáðîòíîñòè. Îïòèìàëüíàÿ âåëè÷èíà çàäåðæêè çàâèñèò îò ýíåðãèè íàêà÷êè è êîýôôèöèåíòà îòðàæåíèÿ âûõîäíîãî çåðêàëà.Ïðè ãåíåðàöèè “ïà÷êè” èìïóëüñîâ ñðåäíåå çíà÷åíèå êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ ñðåäûìåíüøå, ÷åì â ìîíîèìïóëüñíîãî ðåæèìå.
Ïîýòîìó îïòèìàëüíîå çíà÷åíèå êîýôôèöèåíòà îòðàæåíèÿ âûõîäíîãî çåðêàëà áóäåò áîëüøå. Íàèáîëåå ïîëíî îïòèìèçàöèÿ âûõîäíîãî çåðêàëàìîæåò áûòü âûïîëíåíà ïðè íàêà÷êå èìïóëüñîì ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû, òàê êàê êîýôôèöèåíòûóñèëåíèÿ ñðåäû ïåðåä ãåíåðàöèåé âñåõ èìïóëüñîâ ðàâíû.Òðåáîâàíèÿ ê íà÷àëüíîìó ïðîïóñêàíèþ è âðåìåíè âêëþ÷åíèÿ çàòâîðà çíà÷èòåëüíî ìåíåå æåñòêèå, ÷åì â ìîíîèìïóëüñíîì ðåæèìå â ñèëó òîãî, ÷òî ñðåäíåå çíà÷åíèå êîýôôèöèåíòàóñèëåíèÿ ñðåäû ìåíüøå.Ãåíåðàöèÿ “ïà÷êè” èìïóëüñîâ ìîæåò ïðîâîäèòüñÿ ñ èìïóëüñàìè íàêà÷êè, èìåþùèìèäëèòåëüíîñòü áîëüøå, ÷åì âðåìÿ æèçíè ÷àñòèö íà âåðõíåì ëàçåðíîì óðîâíå. Èñïîëüçîâàíèåðåæèìà ãåíåðàöèè “ïà÷êè” ïîçâîëÿåò âûïîëíèòü íàèáîëåå ïîëíîå ñîãëàñîâàíèå ñïåêòðîâ èçëó÷åíèÿ ëàìïû íàêà÷êè è ñïåêòðà ïîãëîùåíèÿ àêòèâíîãî ýëåìåíòà è ïîëó÷èòü ñóììàðíóþ âûõîäíóþ ýíåðãèþ çíà÷èòåëüíî áîëüøóþ, ÷åì â ìîíîèìïóëüñíîì ðåæèìå.Äëÿ àêòèâíûõ ýëåìåíòîâ ñ ñåíñèáèëèçàòîðàìè, èìåþùèìè áîëüøîå âðåìÿ æèçíè, ðåæèì ãåíåðàöèè “ïà÷êè” èìïóëüñîâ ïîçâîëÿåò íàèáîëåå ïîëíî èñïîëüçîâàòü âîçìîæíîñòè ýòèõýëåìåíòîâ è ïîëó÷èòü ìàêñèìàëüíûé ÊÏÄ ëàçåðà.×òî äàëüøå.
Êàê è äëÿ ìîíîèìïóëüñíîãî ëàçåðà, êðîìå ðàññìîòðåííûõ â ýòîì ðàçäåëåïðîöåññîâ ôîðìèðîâàíèÿ ýíåðãåòè÷åñêèõ è âðåìåííûõ ïàðàìåòðîâ èçëó÷åíèÿ, äëÿ ïîëíîòûðàññìîòðåíèÿ íåîáõîäèì àíàëèç ôîðìèðîâàíèÿ ïðîñòðàíñòâåííûõ, ÷àñòîòíûõ è ïîëÿðèçàöèîííûõ ïàðàìåòðîâ èçëó÷åíèÿ. Ýòîò àíàëèç ïîêàçûâàåò, ÷òî íåðàâíîìåðíîñòü îáåäíåíèÿ èíâåðñíîé íàñåëåííîñòè ïî ñå÷åíèþ àêòèâíîãî ýëåìåíòà ïðèâîäèò ê òîìó, ÷òî ïðîñòðàíñòâåííûåè ÷àñòîòíûå ïàðàìåòðû èçìåíÿþòñÿ îò èìïóëüñà ê èìïóëüñó ãåíåðàöèè.  çàâèñèìîñòè îò îáëàñòè ïðèìåíåíèÿ ëàçåðà íåîáõîäèìî èññëåäîâàòü êàê ïîèìïóëüñíûå, òàê è èíòåãðàëüíûå õàðàêòåðèñòèêè èçëó÷åíèÿ.Ñðàâíèòåëüíûé àíàëèç ãåíåðàòîðîâ íà ðàçëè÷íûõ òèïàõ àêòèâíûõ ýëåìåíòîâ â ðåæèìåãåíåðàöèè “ïà÷êè” ïîçâîëÿåò îïðåäåëèòü îáëàñòè èõ ïðèìåíåíèÿ.
Ñâîþ ñïåöèôèêó èìååò ðàáîòà ëàçåðà â ñîñòàâå ëàçåðíîãî èçëó÷àòåëÿ, ïîñòðîåííûõ ïî ñõåìå: ãåíåðàòîð - óñèëèòåëü.Äëÿ àíàëèçà ïðîöåññîâ, ïðîòåêàþùèõ â íåëèíåéíûõ ñèñòåìàõ, áîëüøóþ ðîëü èãðàþòôàçîâûå ïîðòðåòû. Ñ èõ ïîìîùüþ ïðîñòî è íàãëÿäíî ìîæíî âûïîëíèòü êà÷åñòâåííûé àíàëèçóñòàíîâëåíèÿ ãåíåðàöèè, ðåãóëÿðèçàöèè ïîñëåäîâàòåëüíîñòè èìïóëüñîâ ïî ýíåðãèè.112Óñèëåíèå è ãåíåðàöèÿ èìïóëüñíîãî èçëó÷åíèÿâ òâåðäîòåëüíûõ ëàçåðàõ.Ëàçåð ñ ïàññèâíîé ìîäóëÿöèåé äîáðîòíîñòè.7.
ËÀÇÅÐ Ñ ÏÀÑÑÈÂÍÎÉ ÌÎÄÓËßÖÈÅÉ ÄÎÁÐÎÒÍÎÑÒÈ.7.1. Ïîñòàíîâêà çàäà÷è. Ïðèíöèï ðàáîòû ïàññèâíîãî ìîäóëÿòîðà äîáðîòíîñòè. ëàçåðå ñ àêòèâíîé ìîäóëÿöèåé äîáðîòíîñòè (ðàçäåëû 5 è 6) ìîäóëÿòîð äîáðîòíîñòèïåðåêëþ÷àëñÿ ïðèíóäèòåëüíî ñõåìîé óïðàâëåíèÿ ñïóñòÿ çàäàííóþ çàäåðæêó îò íà÷àëà èìïóëüñà íàêà÷êè.  ëàçåðå ñ ïàññèâíîé ìîäóëÿöèåé äîáðîòíîñòè îïòè÷åñêàÿ ñõåìà (ðèñ.7.1)èìååò àíàëîãè÷íûé ëàçåðó ñ àêòèâíîé ìîäóëÿöèåé äîáðîòíîñòè âèä.  åå ñîñòàâ òàêæå âõîäÿòàêòèâíûé ýëåìåíò, îïòè÷åñêèé ðåçîíàòîð è ìîäóëÿòîð äîáðîòíîñòè. Íî â êà÷åñòâå ìîäóëÿòîðàäîáðîòíîñòè èñïîëüçóåòñÿ íåëèíåéíûé ýëåìåíò, êîýôôèöèåíò ïðîïóñêàíèÿ êîòîðîãî èçìåíÿåòñÿ â çàâèñèìîñòè îò ïëîòíîñòè ìîùíîñòè ïðîõîäÿùåãî ÷åðåç íåãî èçëó÷åíèÿ.
Ýòîò ýëåìåíò íå òðåáóåò âíåøíåãî óïðàâëåíèÿ.  ëèòåðàòóðå ÷àñòî èñïîëüçóþòñÿ äëÿ íåãî äðóãèå íàçâàíèÿ Ç2Ç1ïàññèâíûé ôèëüòð, ïàññèâíûé çàòâîð, íàñûùàþÌÄÀêòèâíûé ýëåìåíòùèéñÿ ïîãëîòèòåëü, ôîòîòðîïíûé çàòâîð, îòðàæàþùèå ñóùíîñòü åãî ðàáîòû èëè îñîáåííîñòè èñïîëüçóåìûõ ýëåìåíòîâ. Ïåðåä ðàññìîòðåíèåìÐèñ.7.1. Îïòè÷åñêàÿ ñõåìà ëàçåðà ñ ïàññèâïðèíöèïà ãåíåðàöèè èçëó÷åíèÿ â ëàçåðå ñ ïàññèâíîé ìîäóëÿöèåé äîáðîòíîñòè.íûì çàòâîðîì (ÏÇ) ðàññìîòðèì ïðèíöèï ðàáîòûïàññèâíîãî ìîäóëÿòîðà äîáðîòíîñòè.Àêòèâíûé ýëåìåíò ëàçåðà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé êâàíòîâî-ìåõàíè÷åñêóþ ñèñòåìó,èìåþùóþ íåñêîëüêî ýíåðãåòè÷åñêè óñòîé÷èâûõ ñîñòîÿíèé.
Íàêà÷êà àêòèâíîãî ýëåìåíòà ïðîèçàýâîäèòñÿ ñ íèæíåãî ýíåðãåòè÷åñêîãî óðîâíÿ íà ñàìûé âåðõíèé èçëó÷åíèåì ñ äëèíîé âîëíû λ03.Ñàì ïðèíöèï ñîçäàíèÿ èíâåðñíîé íàñåëåííîñòè òàêîâ, ÷òî ãåíåðàöèÿ â àêòèâíîì ýëåìåíòå îðãàíèçóåòñÿ ìåæäó äðóãèìè ýíåðãåòè÷åñêèìè óðîâíÿìè, äëèíà âîëíû èçëó÷åíèÿ êîòîðîãî λ12àýàýáîëüøå, ÷åì λ03.  ÷àñòíîì ñëó÷àå ÷åòûðåõóðîâíåâîé ñðåäû ýíåðãåòè÷åñêèå óðîâíè êàíàëàíàêà÷êè è êàíàëà ãåíåðàöèè íå ñîâïàäàþò (ðèñ.7.2.á).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
