LID. Усиление и генерация импульсного излучения в твёрдотельных лазерах (1095924), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Ïðè óâåëè÷åíèè Tïçí óìåíüøàåòñÿ âåëè÷èíà Rmin,ïðè êîòîðîé íà÷èíàåòñÿ ãåíåðàöèÿ. Îáùèé õàðàêòåð çàâèñèìîñòåé ïîêàçûâàåò, ÷òî ïî ìàêñèìóìàì ïåðåõîäíûõ ñî-Ðèñ.7.11. Çàâèñèìîñòü ýíåðãèè âûõîäíîãî èçëó÷åíèÿ îò êîýôôèöèåíòà îòðàæåíèÿ âûõîäíîãî çåðêàëà.Ðèñ.7.12. Ñåìåéñòâî çàâèñèìîñòåéýíåðãèè âûõîäíîãî èçëó÷åíèÿ îò êîýôôèöèåíòà îòðàæåíèÿ âûõîäíîãîçåðêàëà.123Óñèëåíèå è ãåíåðàöèÿ èìïóëüñíîãî èçëó÷åíèÿâ òâåðäîòåëüíûõ ëàçåðàõ.Ëàçåð ñ ïàññèâíîé ìîäóëÿöèåé äîáðîòíîñòè.ñòîÿíèé ìîæíî ïðîâåñòè îãèáàþùóþ, ôîðìà êîòîðîé ïîõîæà íà àíàëîãè÷íóþ çàâèñèìîñòü äëÿëàçåðà ñ àêòèâíîé ìîäóëÿöèåé äîáðîòíîñòè (ðèñ.5.10 è ðèñ.6.2). Ïðè èçìåíåíèè Tïçí ãðàôèê çàâèñèìîñòè äëÿ âûõîäíîé ýíåðãèè ïåðåìåùàåòñÿ ïîä ýòîé îãèáàþùåé. Ïðè çàäàííîé ýíåðãèèíàêà÷êè îïòèìèçàöèÿ ëàçåðà, ãåíåðèðóþùåãî çàäàííîå ÷èñëî èìïóëüñîâ, çàêëþ÷àåòñÿ â îïðåäåëåíèè òàêèõ çíà÷åíèé Tïçí è R, ïðè êîòîðûõ ñîîòâåòñòâóþùèé ýòîìó ÷èñëó èìïóëüñîâ ñêà÷îêíàõîäèòñÿ íà ìàêñèìóìå îãèáàþùåé.
Ïóñòü, íàïðèìåð, òðåáóåòñÿ ïîëó÷èòü ðåæèì ãåíåðàöèèòðåõ èìïóëüñîâ èçëó÷åíèÿ ñ ìàêñèìàëüíûì ÊÏÄ.  ÷àñòíîì ñëó÷àå ðåçóëüòàòîâ ðèñ.7.12 òðåõèìïóëüñíûé ðåæèì ãåíåðàöèè ìîæíî ïîëó÷èòü ïðè âñåõ çíà÷åíèÿõ íà÷àëüíîãî ïðîïóñêàíèÿ:Tïçí =10% è R=85% (òî÷êà À), Tïçí =20% è R=57% (òî÷êà Á) è Tïçí =30% è R=36% (òî÷êà Â). Èç âñåõýòèõ ðåæèìîâ òîëüêî â òî÷êå  ëàçåð èìååò íàèáîëüøóþ ýíåðãèþ âûõîäíîãî èçëó÷åíèÿ, òîåñòü ìàêñèìàëüíî âîçìîæíûé ÊÏÄ.Èç ïðèâåäåííûõ íà ðèñ.7.12 ðåçóëüòàòîâ ñëåäóåò, ÷òî ïðè ñîçäàíèè ëàçåðà ñ ïàññèâíûìçàòâîðîì, ãåíåðèðóþùåãî çàäàííîå ÷èñëî èìïóëüñîâ èçëó÷åíèÿ è èìåþùåãî ìàêñèìàëüíûéÊÏÄ, íåîáõîäèìî ñîãëàñîâàííî âûáèðàòü íà÷àëüíîå ïðîïóñêàíèå çàòâîðà è êîýôôèöèåíò îòðàæåíèÿ âûõîäíîãî çåðêàëà. Ñóùåñòâóåò åäèíñòâåííîå ñîîòíîøåíèå ìåæäó Tïçí è R, ïðè êîòîðûõ ÊÏÄ ìàêñèìàëåí.Âûðàæåííûå îãèáàþùåé (ðèñ.7.12) ïðåäåëüíûå õàðàêòåðèñòèêè èçëó÷åíèÿ ïîêàçûâàþò,÷òî äëÿ ëàçåðà ñ ïàññèâíîé ìîäóëÿöèåé äîáðîòíîñòè ïðîÿâëÿþòñÿ òå æå ñàìûå îáùèå çàêîíîìåðíîñòè äëÿ îïòèìàëüíûõ çíà÷åíèé êîýôôèöèåíòà îòðàæåíèÿ çåðêàëà ïî ýíåðãèè, ìîùíîñòè è äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà, ÷òî è äëÿ ìîíîèìïóëüñíîãî ëàçåðà (ðàçäåë 5).
 îáùåìñëó÷àå òðåáóåòñÿ ðåøàòü çàäà÷ó îïòèìèçàöèè ïàðàìåòðîâ ëàçåðà íà ìàêñèìóì âûõîäíîéýíåðãèè, èëè ìîùíîñòè, èëè ìèíèìóì äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà èçëó÷åíèÿ.Âðåäíûå ïîòåðè â ãåíåðàòîðå.  ëàçåðå ñ àêòèâíîé ìîäóëÿöèåé äîáðîòíîñòè èçìåíåíèå âðåäíûõ ïîòåðü ðåçîíàòîðà (ïîòåðè â àêòèâíîì ýëåìåíòå, ìîäóëÿòîðå äîáðîòíîñòè âîòêðûòîì ñîñòîÿíèè, äèôðàêöèîííûå ïîòåðè è ïîòåðè èç-çà ðàçúþñòèðîâêè çåðêàë) ïðèâîäèëîê ïðîïîðöèîíàëüíîìó èçìåíåíèþ ýíåðãèè âûõîäíîãî èçëó÷åíèÿ è íå èçìåíÿëî ÷èñëî ãåíåðèðóåìûõ èìïóëüñîâ èçëó÷åíèÿ (åñëè äëÿ âñåõ íèõ âûïîëíÿëîñü ïîðîãîâîå óñëîâèå ãåíåðàöèè). ëàçåðå ñ ïàññèâíûì çàòâîðîì èçìåíåíèå âðåäíûõ ïîòåðü îêàçûâàåò çíà÷èòåëüíî áîëüøååâëèÿíèå.
Íàïðèìåð, ïóñòü ëàçåð èçëó÷àë ïîñëåäîâàòåëüíîñòü íåñêîëüêèõ èìïóëüñîâ èçëó÷åíèÿ. Ïðè óâåëè÷åíèè âåëè÷èíû âðåäíûõ ïîòåðü óâåëè÷èâàþòñÿ ñóììàðíûå ïîòåðè ñ çàêðûòûì è îòêðûòûì çàòâîðîì. Ãåíåðàöèÿ íà÷èíàåòñÿ ñ áîëüøåãî çíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíòàóñèëåíèÿ ñðåäû. Íî îòíîøåíèå êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ ê ñóììàðíûì ïîòåðÿì ñ îòêðûòûì çàòâîðîì ñòàëî ìåíüøå, ïîýòîìó ýíåðãèÿ èçëó÷åíèÿ óìåíüøàåòñÿ. Óìåíüøàåòñÿ ýíåðãîñúåì âàêòèâíîì ýëåìåíòå. Ãåíåðàöèÿ çàêàí÷èâàåòñÿ ñ áîëüøèì çíà÷åíèåì êîíå÷íîãî êîýôôèöèåíòàóñèëåíèÿ kàýêîí . Ïîýòîìó ïîòðåáóåòñÿ ìåíüøåå âðåìÿ íàêà÷êè äëÿ ïîâòîðíîãî äîñòèæåíèÿ ïîðîãà ãåíåðàöèè ïîñëåäóþùåãî èìïóëüñà èçëó÷åíèÿ.
Óìåíüøàåòñÿ çàäåðæêà ìåæäó èìïóëüñàìè èçëó÷åíèÿ. Ýòî óìåíüøåíèå ìîæåò áûòü òàêèì, ÷òî óâåëè÷èòñÿ ÷èñëî ãåíåðèðóåìûõ èìïóëüñîâ èçëó÷åíèÿ. Íî ñóììàðíàÿ ýíåðãèÿ âñåõ èìïóëüñîâ áóäåò ìåíüøå, ÷åì â ïåðâîíà÷àëüíîì ñëó÷àå (ñ èñõîäíûì çíà÷åíèåì âðåäíûõ ïîòåðü).124Óñèëåíèå è ãåíåðàöèÿ èìïóëüñíîãî èçëó÷åíèÿâ òâåðäîòåëüíûõ ëàçåðàõ.Ëàçåð ñ ïàññèâíîé ìîäóëÿöèåé äîáðîòíîñòè.Ñðàâíåíèå ñ ëàçåðîì ñ àêòèâíîé ìîäóëÿöèåé äîáðîòíîñòè. Ëàçåð ñ àêòèâíîé èïàññèâíîé ìîäóëÿöèåé èìåþò îáùèå ïðèíöèïû ôîðìèðîâàíèÿ ìîíîèìïóëüñà èçëó÷åíèÿ è îòëè÷àþòñÿ òîëüêî ìåòîäàìè âêëþ÷åíèÿ ìîäóëÿòîðà. Ïîýòîìó íåñëó÷àéíî, ÷òî îíè äîëæíûèìåòü íåêîòîðûå îáùèå òî÷êè íà ãðàôèêàõ çàâèñèìîñòåé. Ðàññìîòðèì çàâèñèìîñòè äëÿ ýíåðãèè âûõîäíîãî èçëó÷åíèÿ îò ýíåðãèè íàêà÷êè äëÿ îáîèõ òèïîâ ëàçåðà.
Ãðàôèêè ýòèõ çàâèñèìîñòåé ïðèâåäåíû íà ðèñ.7.13. Îáà ëàçåðà îòëè÷àþòñÿ òîëüêîòèïîì ìîäóëÿòîðà äîáðîòíîñòè. Êîíå÷íûå ïðîïóñêàíèÿ ìîäóëÿòîðà â îáîèõ ñëó÷àÿõ ðàâíû.. Äëÿ ëàçåðà ñ ïàññèâíûììîäóëÿòîðîì äîáðîòíîñòè ðåçóëüòàòû ïðåäñòàâëåíû ïðèíà÷àëüíîì ïðîïóñêàíèè çàòâîðà 10% è 20%. Ïîðîãó ãåíåðàöèè ëàçåðà ñ ïàññèâíûì çàòâîðîì ñîîòâåòñòâóåò ñëó÷àé,êîãäà ãðàôèê ñóììàðíûõ ïîòåðü ÿâëÿåòñÿ êàñàòåëüíîé êãðàôèêó êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ. Ýòî áóäåò èìåòü ìåñòî íàâåðøèíå çàâèñèìîñòè k ( t ) ïðè dk ( t ) / dt = 0 . Íî èìåííî âýòîò ìîìåíò âðåìåíè ìû âûáèðàëè âêëþ÷åíèå ìîäóëÿòîðàäîáðîòíîñòè â ëàçåðå ñ àêòèâíîé ìîäóëÿöèåé äîáðîòíîñòè,Ðèñ.7.13. Çàâèñèìîñòè ýíåðãèèâûõîäíîãî èçëó÷åíèÿ îò ýíåðãèèòàê êàê îí ñîîòâåòñòâóåò ìàêñèìàëüíîìó çíà÷åíèþ êîýôôèíàêà÷êè äëÿ äâóõ òèïîâ ëàçåðîâ.öèåíòà óñèëåíèÿ ñðåäû. Òàê êàê äëÿ îáîèõ ëàçåðîâíà÷àëüíûå çíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíòîâ óñèëåíèÿ ðàâíû, ðàâíûñóììàðíûå ïîòåðè ñ îòêðûòûì çàòâîðîì è ìîäóëÿòîð äîáðîòíîñòè îòêðûâàåòñÿ äî íà÷àëà âûñâå÷èâàíèÿ ìîíîèìïóëüñà, òî ýíåðãèè èçëó÷åíèÿ îáîèõ òèïîâ ëàçåðà áóäóò ðàâíû.
Ýòî ñâîéñòâî íå çàâèñèò îò êîýôôèöèåíòà íà÷àëüíîãî ïðîïóñêàíèÿ çàòâîðà. Âåëè÷èíà íà÷àëüíîãî ïðîïóñêàíèÿ çàòâîðà îïðåäåëÿåò ïîðîãîâóþ ýíåðãèþ íàêà÷êè è âåëè÷èíó ýíåðãèè èçëó÷åíèÿ. Íîïðè ëþáîì çíà÷åíèè íà÷àëüíîãî ïðîïóñêàíèÿ ãåíåðàöèÿ âñåãäà áóäåò íà÷èíàòüñÿ íà ìàêñèìóìå çàâèñèìîñòè k ( t ) . Òî åñòü ýíåðãèè èçëó÷åíèÿ äëÿ îáîèõ òèïîâ ëàçåðîâ âñåãäà áóäóò ðàâíû.Äðóãîé îáùåé çàêîíîìåðíîñòüþ, êàê ýòî îòìå÷àëîñü âûøå, ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî ýíåðãèè èçëó÷åíèÿ äëÿ îáîèõ òèïîâ ëàçåðà áóäóò ðàâíû òîëüêî íà ïîðîãå ãåíåðàöèè ëàçåðà ñ ïàññèâíûììîäóëÿòîðîì äîáðîòíîñòè â ðåæèìå ãåíåðàöèè îäíîãî èìïóëüñà.  ðåæèìå ãåíåðàöèè “ïà÷êè”èìïóëüñîâ èçëó÷åíèÿ ëàçåð ñ ïàññèâíûì çàòâîðîì èìååò ñóììàðíóþ ýíåðãèþ áîëüøå, ÷åì âñëó÷àå ìîíîèìïóëüñíîãî ëàçåðà ñ àêòèâíîé ìîäóëÿöèåé äîáðîòíîñòè. Ýòî ÿâëÿåòñÿ ñëåäñòâèåì òîãî, ÷òî óìåíüøàþòñÿ ïîòåðè çàïàñàåìîé â àêòèâíîì ýëåìåíòå ýíåðãèè èç-çà ñïîíòàííîãîèçëó÷åíèÿ.Ó÷åò ïîäêà÷êè àêòèâíîãî ýëåìåíòà. Ïðèâåäåííûå âûøå ðåçóëüòàòû áàçèðîâàëèñü íàðàññìîòðåíèè ïðîöåññà ãåíåðàöèè â ïðåíåáðåæåíèè ïîäêà÷êîé àêòèâíîãî ýëåìåíòà â ìîìåíòðàçâèòèÿ ãåíåðàöèè.
Áîëåå òî÷íûé àíàëèç, âûïîëíåííûé ïðè ðåøåíèè ñèñòåìû óðàâíåíèé(7.5)-(7.7) íà âñåõ ýòàïàõ ãåíåðàöèè, ïîêàçûâàåò, ÷òî îòëè÷èå ýíåðãèè èçëó÷åíèÿ â ïîñëåäîâàòåëüíîñòè èìïóëüñîâ ìîæåò äîñòèãàòü 50%. è áîëåå ïðè èñïîëüçîâàíèè íåïðÿìîóãîëüíîéôîðìû èìïóëüñà íàêà÷êè. Íà ðèñ.7.14 ïðèâåäåíû ñîîòâåòñòâóþùèå ýòîìó ñëó÷àþ âðåìåííûåçàâèñèìîñòè ïðîöåññà ãåíåðàöèè â ìàñøòàáå íàêà÷êè.
Âûñîòà ãðàôèêà äëÿ êàæäîãî èìïóëüñàãåíåðàöèè íà ðèñ.7.14 ïðîïîðöèîíàëüíà åãî ýíåðãèè. Ñâÿçàíî ýòî ñ òåì, ÷òî çà âðåìÿ ëèíåéíîãî ðàçâèòèÿ ãåíåðàöèè ïðîèñõîäèò ïîäêà÷êà àêòèâíîãî ýëåìåíòà. Äëÿ âñåõ èìïóëüñîâ èçëó÷åíèÿ ïðîöåññ ãåíåðàöèè íà÷èíàåòñÿ ñ îäíèì è òåì æå ñîîòíîøåíèåì êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ è ñóììàðíûõ ïîòåðü ñ çàêðûòûì çàòâîðîì. Òàê êàê ýòàï ëèíåéíîãî ðàçâèòèÿ ãåíåðàöèèäîñòèãàåò åäèíèö ìèêðîñåêóíä, òî çà ýòî âðåìÿ íàêà÷êà àêòèâíîãî ýëåìåíòà äàåò äîïîëíè-125Óñèëåíèå è ãåíåðàöèÿ èìïóëüñíîãî èçëó÷åíèÿâ òâåðäîòåëüíûõ ëàçåðàõ.Ëàçåð ñ ïàññèâíîé ìîäóëÿöèåé äîáðîòíîñòè.òåëüíîå óâåëè÷åíèå êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ. Âêëàä äîïîëíèòåëüíîé ýíåðãèè íà âåðõíèé ëàçåðíûé óðîâåíü áóäåò ïðîïîðöèîíàëåí ìîùíîñòè íàêà÷êè.
Ïîýòîìó îãèáàþùàÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ãåíåðèðóåìûõ èìïóëüñîâ áóäåò êîððåëèðîâàòü ñ çàâèñèìîñòüþ ìîùíîñòè íàêà÷êè. Íàèáîëåå ñèëüíî ýòî ïðîÿâëÿåòñÿ ïðè ãåíåðàöèè áîëüøîãî ÷èñëà èìïóëüñîâ èçëó÷åíèÿ.Âûøå áûëî ïîêàçàíî, ÷òî ïðèìåíåíèå èìïóëüñà íàêà÷êèïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû ïîçâîëÿåò ðåãóëÿðèçèðîâàòü ïîñëåäîâàòåëüíîñòü èìïóëüñîâ ïî ïåðèîäó ñëåäîâàíèÿ (ñì. ðèñ.7.8).
Ïîñòîÿíñòâî ìîùíîñòè íàêà÷êè ïðèâîäèò ê òîìó, ÷òî íà ýòàïå ëèíåéíîãî ðàçâèòèÿ äëÿ êàæäîãî èìïóëüñà èçëó÷åíèÿ ïðîèñõîäèòðàâíàÿ ïîäêà÷êà. Ïðîèñõîäèò ðåãóëÿðèçàöèÿ èìïóëüñîâ íå òîëüêî ïî ïåðèîäó, íî è ïî âåëè÷èíå ýíåðãèè èçëó÷åíèÿ. Íà ðèñ.7.15ïðåäñòàâëåíû çàâèñèìîñòè ïðîöåññà ãåíåðàöèè ïðè íàêà÷êå èìïóëüñîì ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû.  îòëè÷èå îò ëàçåðà ñ àêòèâíîéìîäóëÿöèåé äîáðîòíîñòè, â ëàçåðå ñ ÏÇ ðåãóëÿðíîñòü èìïóëüñîâ ïî ïåðèîäó ïîâòîðåíèÿ è ýíåðãèè èçëó÷åíèÿ ñîõðàíÿåòñÿ âøèðîêîì äèàïàçîíå èçìåíåíèÿ ýíåðãèè è äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà íàêà÷êè. Òàêæå ðåãóëÿðíîñòü ñîõðàíÿåòñÿ ïðè èçìåíåíèèíà÷àëüíîãî ïðîïóñêàíèÿ çàòâîðà è êîýôôèöèåíòà îòðàæåíèÿâûõîäíîãî çåðêàëà.Ðèñ.7.14.
Ãåíåðàöèÿ ëàçåðà ñïàññèâíûì çàòâîðîì ñ ïîäêà÷êîé àêòèâíîãî ýëåìåíòà. Êîëîêîëîîáðàçíûé èìïóëüñ íàêà÷êè.Ðèñ.7.15. Ãåíåðàöèÿ ëàçåðà ñïàññèâíûì çàòâîðîì ñ ïîäêà÷êîé àêòèâíîãî ýëåìåíòà.Ïðÿìîóãîëüíûé èìïóëüñ íàêà÷êè.Âûâîäû. Ëàçåð ñ ïàññèâíûì çàòâîðîì, â êîòîðîì èñïîëüçóåòñÿ íåëèíåéíûé ýëåìåíò äëÿ óïðàâëåíèÿ äîáðîòíîñòüþ,ÿâëÿåòñÿ ñàìîîðãàíèçóþùèì ïðîöåññ ãåíåðàöèè ëàçåðîì.  îòëè÷èå îò ëàçåðà ñ àêòèâíîé ìîäóëÿöèåé äîáðîòíîñòè, óñëîâèåì ãåíåðàöèè â ëàçåðå ñ ÏÇ ÿâëÿåòñÿ ðàâåíñòâî êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ ñðåäû ñóììàðíûì ïîòåðÿì ñ çàêðûòûì çàòâîðîì.Ïðè äîñòàòî÷íî áîëüøîé ýíåðãèè íàêà÷êè óñëîâèå ãåíåðàöèè ìîæåò âûïîëíÿòüñÿ íåñêîëüêîðàç çà îäèí èìïóëüñ íàêà÷êè è ëàçåð áóäåò ãåíåðèðîâàòü ïîñëåäîâàòåëüíîñòü (“ïà÷êó”) èìïóëüñîâ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
