Диссертация (1104148), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Экспериментальные установки для регистрации импульсовNd3+:YAP-лазера и цугов импульсов Nd3+:YAG-лазера при помещении врезонатор двухфотонно поглощающего элемента4.3.1. Установка для регистрации наносекундных импульсов Nd3+:YAP-лазераСхема наносекундного Nd3+:YAP-лазера на алюминате иттрия, легированном ионаминеодима Nd3+:YAIO3, работающего в режиме модуляции добротности, представлена на рис. 4.2.Режим модуляции добротности (Q) осуществлялся на основе элемента Поккельса, на которыйсинхронно подавался высоковольтный электрический импульс.Рис. 4.2. Блок-схема наносекундного Nd3+:YAlO3 лазера на алюминате иттрия,легированном ионами неодима.1 - Глухое зеркало,2 - Диафрагма для выделения одной поперечной моды,3 - Активный элемент Nd3+:YAIO3,4 - Призма Глана,5 - Ячейка Поккельса (кристалл DKDP),6 - Блок питания кристалла Поккельса,7 - Лампа вспышки (накачки активного элемента),8 - Выходное зеркало,9 - Нелинейный элемент под углом Брюстера.Резонатор Nd3+:YAP-лазера образован системой зеркал с коэффициентами отражения99% (1) и 50% (8), внутрь которой помещен активный элемент 3 – алюминат иттрия,легированный ионами неодима Nd3+:YAIO3.
Длина активного элемента лазера = 10 см, длинавсего резонатора= 96 см. Диафрагма 2 необходима для выделения основной генерируемойпоперечной моды. Поток фотонов, рожденных в активном элементе 3, проходит через призму109Глана 4, которая задает определенное направление линейной поляризации. Далее потокпопадает на ячейку Поккельса 5 (кристалл DKDP длиной 2 см) – оптический элементмодулятора добротности. Ячейка, не находясь под напряжением, свободно пропускает потокфотонов. Поэтому при нулевом напряжении на кристалле Поккельса в лазере реализуетсярежим свободной генерации.
Если ячейка 5 находится под постоянным напряжением отисточника питания 6, то в результате электрооптического эффекта Поккельса происходитвращение плоскости поляризации проходящего через кристалл светового импульса. Можновыбрать величину напряжения так, чтобы плоскость поляризации поворачивалась на 45о прикаждом прохождении луча через кристалл в одном направлении. Таким образом, отразившисьот зеркала 1 и пройдя через кристалл Поккельса второй раз, излучение в итоге будет иметьнаправление поляризации, перпендикулярное исходному. Такое излучение не пройдет черезпризму Глана, то есть при подаче напряжения на кристалл Поккельса резонатор будет закрытдля излучения.
Когда на кристалл, помимо постоянного напряжение, будут подаватьсяимпульсы высокого напряжения, противоположные ему по знаку и равные по величине,излучение будет проходить сквозь него в обе стороны без изменения направления поляризации.С катушки индуктивности, синхронизированной с лампой вспышки 7, можно подавать такиеимпульсы высокого напряжения на кристалл Поккельса, и он будет «открываться» в моментыгенерации импульса и будет оставаться закрытым все остальное время.
При этом происходитвыделение мощного одиночного импульса.Вэкспериментахпоисследованиюлазернойгенерациипридополнительнойотрицательной обратной связи в резонатор между активным элементом 3 и диафрагмой 2помещался двухфотонно поглощающий элемент 9: либо полупроводниковая пластинкамонокристаллического GaAs, либо кювета с коллоидным раствором квантовых точек CdSe/ZnSв гексане. Для уменьшения потерь на отражение они устанавливались под углами близкими куглу Брюстера.Измерения формы и длительности наносекундного лазерного импульса проводились наустановке, блок-схема которой показана на рис.
4.3. Излучение Nd3+:YAP-лазера на основнойчастоте при помощи двух треугольных призм направляется через нейтральный светофильтр,часть излучения от которого заводится на измеритель энергии OPHIR, подключенный к ПК, дляконтроля энергии генерируемых импульсов. Прошедшее через светофильтр излучение черезрассеивающую линзу попадает на коаксиальный фотоэлемент ФК-19, преобразующий световоеизлучение в электрический сигнал, который можно наблюдать на скоростном осциллографе С719 с временным разрешением менее 1 нс.цифровой фотокамеры и сохраняются на ПК.Осциллограммы фотографируются с помощью110Рис.
4.3.Схема экспериментальной установкидля регистрации наносекундныхимпульсов Nd3+:YAP-лазера при помещении в резонатор двухфотонно поглощающего элемента.4.3.2. Установка для регистрации цуга пикосекундных импульсов Nd3+:YAG-лазераСхема пикосекундного Nd3+:YAG-лазера на алюмоиттриевом гранате, легированномионами неодима Nd3+:Y3Al5O12, работающего в режиме пассивной синхронизации мод,представлена на рис.
4.4.Пикосекундный Nd3+:YAG-лазер состоит из резонатора, образованного зеркалами 1 и 8(рис. 4.5), длина резонатора L = 100 см. Длина активного элемента 4 - алюмоиттриевого гранатаNd3+:Y3Al5O12, легированного ионами неодима, l = 6 cм, диаметр d= 6,3 мм. Лазер работает врежиме пассивной синхронизации мод, для этого в резонаторе лазера установлена кювета 2толщиной 0,1 мм с насыщающимся поглотителем (раствор полиметинового красителя № 3274Ув этаноле непрерывно прокачивается насосом для предотвращения фотодеградации). Кюветасоединена с глухим зеркалом резонатора 1 (коэффициент отражения 100%) и просветляетсятолько для выхода мощных импульсов.
Линейное пропускание красителя подбирается такимобразом, чтобы происходила генерация наиболее коротких световых импульсов [153]. Дляпредотвращения селекции в резонаторе лазера продольных мод зеркала 1 и 8, образующиерезонатор, напылены на клиновидные подложки, а торцы активного элементы скошены подуглом ≈ 3°. Диафрагма 4 с диаметром 1,4 мм обеспечивает режим генерации основной111поперечной моды.
Поляризация выходного излучения задается помещением кварцевойпластиной 7 в резонатор. Для уменьшения энергетических потерь пластина устанавливается коси луча под углом Брюстера.Рис. 4.4. Блок-схема пикосекундного Nd3+:Y3Al5O12 лазера на алюмоиттриевом гранате,легированном ионами неодима.1. Глухое зеркало,2. Кювета с насыщающимся поглотителем,3. Диафрагма для выделения одной поперечной моды,4. Активный элемент Nd3+:Y3Al5O12,5.
Лампа вспышки (накачки активного элемента),6. Блок питания лампы накачки активного элемента,7. Поляризующая кварцевая пластина, установленная под углом Брюстера,8. Выходное зеркало,9. Нелинейный элемент под углом Брюстера.В экспериментах по исследованию влияния отрицательной обратной связи на лазернуюгенерацию в резонатор перед выходным зеркалом 8 помещается двухфотонно поглощающийэлемент 9: либо полупроводниковая пластинка GaAs, либо кювета с коллоидным растворомквантовых точек CdSe/ZnS в гексане.
Для уменьшения потерь на отражение они такжеустанавливались под углами близкими к углу Брюстера.Измерения формы цуга пикосекундных лазерных импульсов проводились на установке,блок-схема которой показана на рис. 4.5. После удаления несинхронизированного фонафильтром на насыщающимся поглотителе, излучение Nd3+:YAG-лазера проходит черезнейтральный светофильтр и через рассеивающую линзу попадает на коаксиальныйфотоприемник ФК-19, сопряженный с осциллографом С7-19 (временное разрешение приемноготракта менее 1 нс).
Часть излучения от фильтра отводится на измеритель энергии OPHIR, дляконтроля энергии генерируемых цуговимпульсов.Цифровая камера фотографирует112осциллограммы, которые сохраняются на ПК.Рис. 4.5. Схема экспериментальной установки для регистрации цуга пикосекундныхимпульсов Nd3+:YAG-лазера при помещении в резонатордвухфотонно поглощающегоэлемента.§4.4.
Изменение генерируемых наносекундных импульсов Nd3+:YAPлазера при помещении в резонатор двухфотонно поглощающего нелинейногоэлемента4.4.1. Изменение формы и длительности генерируемых импульсов Nd3+:YAP-лазерапри помещении в резонатор кюветы с коллоидным раствором квантовых точек CdSe/ZnSили монокристаллической пластинки GaAsНа рис. 4.6а и 4.7а показаны типичные импульсы, генерируемые наносекундным Nd3+:YAG-лазером на длине волны 1080 нм без дополнительных нелинейных элементов врезонаторе. Энергия одного импульса E ≈ 14 мДж. Характерная длительность (ширина наполовине максимальной интенсивности) генерируемых в режиме модуляции добротностиимпульсов составляет 14 нс.
Однако, видна их модуляция, которая обусловлена характернымдля такого лазера процессом самосинхронизации мод [147], потому что активный элементвыполняет роль как усилителя, так и нелинейного поглотителя. Это приводит к сильнойизрезанности генерируемого лазерного импульса (представленного на рис. 4.6а и 4.7а) -113периодической модуляции с периодом T, согласующимся со временем прохода световогоимпульса двойной длины резонатора. На осциллограмме наблюдаются эквидистантные пикиинтенсивности, расстояние между которыми соответствует аксиальному периоду лазера∙(∙ )=≈ 6,7 нс.Рис.
4.6.Импульсы,генерируемыенаносекунднымNd3+:YAlO3-лазером: а)безнелинейного элемента в резонаторе, б) с 10 мм кюветой с коллоидным раствором квантовыхточек CdSe/ZnS КТ3 в резонаторе.При помещении в резонатор наносекундного Nd3+:YAlO3-лазера кюветы толщиной10 мм с коллоидным раствором квантовых точек CdSe/ZnS КТ3 (концентрация 1018 см-3)модуляция импульсов не исчезала полностью, но глубина модуляции существенноуменьшалась (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
