Справочник по радиолокации (ред. Сколник М. И.) т. 4 - 1978 г. (1151803), страница 78

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 78)

!Огз.б 6.10-за.3. 10ы 3 10- О 46 10-ч ! 2 [36! и для рассмотренного выше лазера иа рубине Рг 30 Вт. Если мощность накачки в двз раза превышает пороговое значение, то Р~ 320 Вт. Поскольку цена за инверсию населенности уже заплачена, все увеличение мощности накачки переходит в полезную выходную мощность. К сожалению, формула (36) не дает точного значения для выходной мощности лазера, генерируемой вы.

ше порога. После начала вынужденного испускания длительность флуоресцеи. пии т, должна быть заменена величиной тс тз = зс5 (37) где е, — вероятность того, что излученный фотон поступает в основной тип колебаний; 3 — число фотонов в этом типе колебаний. Так как приемлемое значение е, для хорошо настроенного лазера лежит в интервале 0,1 — 1, а значение 3 может быть несколько тысяч, т.~тч и Рг может оказываться значительно больше рассчитанного выше значения. Условие так называемой дина- 304 Для кристалла рубина Квадратного поперечного сечения с размерами 0,5Х0,5 см и длиной 5 см необходима мощность накачки 1500 Вт или для генерирования лазерного импульса длительностью 1 мс газоразрядная лампа должна отдать лазеру в диапазоне длин волн накачки энергию в 1,5 Дж.

Только несколько процентов энергии газоразрядной лампы, поступающей в кристалл, поглощается в полосах частот, используемых для накачки, и только часть энергии лампы поступает в лазерный стержень. Общий кш.д,, равный световой мощности на выходе, деленной иа мощность переменного тока па входе, составляет несколько десятых процента или в лучшем случае один процент.

В установившемся режиме выходная мощность лазера с оптической на. качкой прн пороговом возбуждении равна 9.2. Лазерные передатчика и модуляторы мической нестабильности приводит к тому, что накачка не поддерживает непрерывное испускание на одном уровне. Йитенсивность излучения рубинового лазера, а также большинства лазеров на твердом теле с оптической накачкой является быстро меняющейся функцией времени; лазерное излучение представляет собой вспышку пульсаций, называемых пичнами. Эти пульсецин появлвютси во времени случайно, но иногда и в виде осцилляций с регулярными интерввлами.

При регулярных интервалах они могут или проявлять тенденцию к затуханию, сигнализируя о начале режима непрерывной генерации, илн иметь постоянную амплитуду. Хотя это явление интенсивно изучалось в рубиновых н других типах твердотельных лазеров, сложность проблемьь такова, что в лучшем случае можно говорить лишь о качественном понимании. Спектроскопии с временным разрешением показывает изменение в частотак колебаний от пичка к пичку и даже иногда внутри одного пичка.

Таким образом, свет, излучаемый импульсными твердотельными лазерами, не столь когереитен, как можно было бы желать. У импульсного лазера на рубине, работающего при комнатной температуре, сигнал на выходе обычно состоит из группы пичков, случайно распределенных во времени и по амплитуде, и имеет продолжительность в несколько сотен микросекунд, Средняя длительность пичка около 350 нс, а средний интервал между пичками равен нескольким микросекундам. Многие твердотельные лазеры имеют более низкие пороги генерации и более высокие к.п.д., чем лазер на рубине, но последний остается полезным длн многих применений, так как он излучает в красной видимой области, дли которой существуют хорошие детекторы.

Кроме того, он работает при комнатной температуре, причем легко можно изготовить лазеры хорошего качества. От лазеров на рубине были получены выходные ввергни в несколько сотен джоулей. При типичной длительности импульсе в 500 мкс энергии соответствуег импульсной выходной мощности в сотни киловатт. Частота повторении импульсов мощных лазеров иа рубине ограничивается несколькими импульсами в минуту из-за нагревания, Для лазера с меньшей мощностью можно получить несколько импульсов в секунду. Парику с трехуровневым лазером нв рубине может быть указан пример четырехуровневого лазера, использующего фторид кальция (Сарг), активированный диспрозием (Оу'+) [12].

Этот лавер работает на длине волны 2,36 мкы в непрерывном режиме при температуре 77 К при освещении вольфрамовои. лампой накаливания мощностью 15 Вт. Расчетное значение плотности мощно. сти накачки, требуемой для достижения порога генерации, равно несколькиы десятым витта иа квадратный сантиметр. Кристаллы Уьй!з01з е примесью неодима (Хбв+) (иттрий-алюминиевый. гранат (УАО), активированный вводимом) позволяют также создать лазеры для применения в локации. Они излучают на длине волны около 1,06 мкм, Лазер иа иттрий-алюминиевом гранате работает в непрерывном режиме генерации при комнатной температуре, причем была достигнута выходнаи мощность больше 20 Вг [13).

Типичный к.п.д. этих лаверов — несколько процентов. Лавер иа стекле с присадкой иеодима, изготовленном в виде оптических волокон, также работает в непрерывном режиме генерации, однако последний тип лазера наиболее полезен при получении больших выходных энергий. Выходная энергия в 100 Дж может быть легко получена с лазерным стержнем диаметром 17,8 мм и длиной 30,5 см. При обычной длительности импульсов 10 з с эта энергия соответствует импульсной мощности в 10' Вт. В лазерах на стеклах достигнут к.пд., равный 4в(е [!4). Существует также большое количество других лазеров на твердом теле с оптической нвквчкой, ио оии не имеют большого значения для локвциоииых систем по различным причинам, таким, как малая выходная мощность, низкий к.п.д., необходимость криогенного охлаждении, а также нерегулярность выходного сигнала.

Достаточно полные перечни твердотельных лазеров с оптической накачкой можно найти в [3, 15). 30о Гл 9. Оптаческие локаторы Газовые лазеры. Лазерная генерация была получена для сотен [3) различных переходов в чистых газах и газовых смесях в диапазоне длин воля 0,25 — ЗЗУ мкм В основном требования для получения лазерной генерации в газах такие же, как и для генерации в твердых веществах. В частности, для достижения оптического усиления требуется инверсия населенностей между двумя подходящими атомными или молекулярными уровнями в газовой среде, л для получения генерации необходим оптический реэоиатор, в котором создается обратная связь.

Газовые лазеры, вообще говоря, характеризуются лучшей когерентностью, чем твердотельные. Большее время когерентности получается за счет значительно меныпей ширины линии флуоресценции и более высоких добротностей резонаторов, улучшенная пространственная когерентность — из-за большей однородности среды и значительно больших длин резо. наторев. Возбуждение в большинстве случаев получают эа счет разряда в газе, хотя оно достигается также н с помощью оптической накачки или оптической диссоциация молекул газа, Разряд в газе может быть получен при приложении иаприжения постоянного или переменного тока непосредственно к злентродам, находящимся в газе, или с помощью СВЧ колебаний, вводимых в газ через внешние электроды или посредством индуктивной связи.

Могут использоваться оба вила разряда, как непрерывный, так и импульсный. В импульсных режимах могут быть получены увеличенные импульсяые и средние мощности. В импульсном режиме также отолвигается коротковолновая граница генерации газовых лазеров. Примерами лазеров, которые работают только в импульсном режиме, являются лазеры на молекулярном азоте (Хэ), генерирующие в лиапазоне волн от 1,23 мкм до ультрафиолетовой области, и лазеры на ионизированных парах ртути (Нц+), генерирующие в диапазоне волн 1,8 — 0,57 мкм.

Типичная схема газового лазера показана на рис. 5. Резонатор лазера состоит из двух круглых зеркал, находящихси друг от друга на расстоянии Е. Отражающие зеркала представлиют собой сегменты сфер с радиусами )гг И Рас. э, Схема таааееге газеаеге лазера 11э). Ях. Можно использовать зеркала различных конфигураций. Примерами могут *лужить плоскопараллельиые зеркала с обеих сторон, сферические зеркала с гг1=)гг=(. (конфокальные резонаторы) или плоское зеркало с )тх-ее нэ одном конце и сферическое зеркало с )11 й на другом. Зеркала резонаторов можно установить непосредственно на газоразрядной трубке или одно или оба зеркала укрепить снаружи.

Если они укрепляются снаружи, то газ заключается в трубку из стекла или плавленого кварца, в которую впаяны плос. кие оптически отполированные окна под утлом Брюстера Ов агс(цим гдк л, — показатель преломления материала окон, а угол йа измериется между осью трубки и нормалью к плоскости окна. Система с окнами, установленны. ми под углом Брюстера, имеет нулевые отражения (или совершенное пропус- 306 9 2. Лазерные передатчика и яодрлятароо какие) для света, поляризованного параллельно плоскости угла 8а. Преимуществом такого устройства является то, что излучение лазера иа выходе поляризована н настройка зеркал выполняется независимо от газоразрядной трубки. Недостаток состоит в том, что окна должны выдерживать лазерное излучение высокого уровня мощности в резонаторе. С точки зрения использования в локациониых целях крайне желательно, чтобы в оптическом резонаторе генерировались колебании с постоянной фа.

вой, т. е, типы колебаний, ие имеющие скачков фазы в плоскости зеркал Эти типы колебаний создают пучки, которые непосредственно или после формирования с помощью простых внешних линз или зеркал имеют минимальную угловую расчодимость, т. е могут быть сфокусированы в пятно минимального диаметра. Продольные типы колебаний газового лазера имеют гауссово распределение мощности по радиусу, приближенно ехр( — г'/в'), где т — расстояние от оптической оси лазера; в — гауссова ширина или радиус пятна, которые изменяются как функция осевого положения зеркал резонатора (см рис.

Характеристики

Список файлов книги