Байбородин Ю.В. Основы лазерной техники (1988) (1151949), страница 53
Текст из файла (страница 53)
Для большей стойкости к излучению призму затвора изготовляют из стекла К-8 или плавленного кварца с обработкой гнпотенузной и катетных граней методом глубокой алмазной полировки. На оси высокоскоростного двигателя устанавливают оправу с призмой полного внутреннего отражения (рис. 11.9, а). Консольное крепление оправы призмы на оси двигателя целесообразно применять при частотах вращения не более 30 000 мин — ', а также при световых диаметрах до 1 см. Основные характеристики головки призменного модулятора добротности резонатора лазера следующие: диапазон частотвращенияпризмы (10...15) 10' мин — '; задержка момента излучения лазера относительно импульса поджига 100...800 мкс; точность срабатывания электронного счетчика числа оборотов 2,5 %; допуск иа прямой угол призмы типа БР-180 составляет ~5".
Отметим, что генерация регулярной серии импульсов излучения обычной интенсивности возможна при любых методах внутренней модуляции излучения 161. Обычно длительность импульса лампы накачки равна 1...2 мс, тогда как время накачки, необходимое для генерации гигантского импульса максимальной интенсивности, составляет сотни микросекунд (в нашем случае 200 мкс). Ясно, что за одну вспышку лампы накачки можно получить несколько мощных импульсов излучения.
Осциллограммы последовательностей одиночных импульсов для медленных скоростей включения затвора (время включения — около 0,5 мкс) показаны на рис. 11.9, б. В этом случае перед приемником излучения помещались калиброванные нейтральные фильтры с общим ослаблением в 100 раз. Сложная структура импульсов связана с малой скоростью включения затвора. Преимуществом описанного модулятора являются сравнительно малые потери энергии излучения и возможность получения больших частот следования импульсов при относительно простой конструкции оптико-механической системы. При повышении частоты к.
п. д. такого генератора увеличивается, стремясь к значению к. п. д. в режиме свободной генерации. Применение веществ, прозрачность которых меняется под действием световой энергии в лазере, работающем в режиме получения гигантских импульсов, значительно упрощает его конструкцию, так как при этом отпадает необходимость в сложных электронных управляющих и синхронизирующих системах. Резонансное поглощение, используемое для формирования н управления вынужденным излучением, свойственно многим красителям, в частности фталоцианину, криптоцианину и некоторым стеклам, например КС-19, содержащим полупроводниковые включения сульфида кадмия. Из перечисленных веществ наибольший практический интерес представляют растворы фталоцианнна. Характерно, что почти все фталоцианины плохо растворяются во многих органических средах.
Для растворения их применяют предельные углеводороды и нх производные. Кинетика процесса накопления активных атомов на метастабильном уровне описывается по двухуровневой схеме. При решении системы кинетических уравнений определяют начальное значение относительной инверсии населенностей излучения и =Ь+О (Г)(Р,г( — 1) и минимальное затухание в фототропной ячейке (пассивном затворе), прн котором возможен процесс управления добротностью резона- 228 ур зр ур г,нс о Рис. 1!.10.
Спектральные характеристики (а1 и схема конструкции фототропного затвора (б): аг à — поглощение раствором фталацианина в метиловом спирте Гкоицентрации т . !Е а моль); у — сформированный фототропным затвором гигантские импульс; а — искажение импульсе (ващтрмхованныа участок — волоса оронусканнн иалучеиив ватвором); Ог т — тнтановмв норпусг à — входное и выходное окна кювета; и кольцо-комненсаторт 4 — Фталоциааии; а — установочное кольцо тора: петре( о, (1.— У)) где оф — эффективное сечение вынужденного перехода в фототропном веществе; о„— эффективное сечение поглощения атомной системы. Например, для излучения рубинового лазера с фталоцианиновым затвором оф = 1О ~~...10 'т см'. Пропускание фототропной ячейки определяется коэффициентом тф, и при малом уровне энергии излучения подчиняется экспоненциальному закону: тр, = ехр 1 — (оф(уф + Ц) 1ф), а прн большом уровне тфз = ехр ( — Цф1, ), где уф — концентрация молекул фталоцианина в 1 сма растворителя; йф — нерезонансные потери в фототропной ячейке; 1ф — ее оптическая толщина, см.
На рис. 11.10, а показаны примерный спектр поглощения фталоцианина в метиловом спирте и характер развития гигантского импульса. Полоса поглощения по половинному уровню мощности Ы = = (2...3) ° 1О ' мкм, а длительность импульса излучения при та —— = 35 % и 1ф = 0,5 см ти - 1О нс. Обычно пассивные затворы селективно разбивают по характеру пропускания на 6...8 подднапазонов, начиная с 1О и кончая 35 %. Существенным недостатком большинства растворов фталоцианинов является малая скорость реакции к световому воздействию, в результате чего в этих средах происходят необратимые фотохимические процессы. Кроме того, некоторые красители разлагаются при 8' 227 длительном хранении.
С увеличением показателя преломления растворителя наблюдается тенденция смещения максимума спектра поглощения ). „в длинноволновую область. Следует отметить н такую причину остаточных потерь, как возникновение рассеивающих пузырьков при поглощении излучения. Под действием импульса излучения происходят «микровзрывы» агрегатных образований молекул красителя и появляются пузырьки диаметром до нескольких десятков микрометров, причем характер взаимодействия излучения с резонансно-поглощающей средой зависит от длительности светового импульса т„и времени жизни т„„квантовых частиц на возбужденном уровне. В течение длительности импульса т„т„в фоготропной среде распространяется волна просветления, причем крутизна переднего фронта импульса искажается сильнее, чем заднего, поскольку задний фронт импульса распространяется в частично просветленной среде.
В результате форма импульса становится асимметричной. Мощность псь тока энергии входного импульса должна удовлетворять условию Р„„~ а, !эйч/(2 вот„„). Пассивный затвор представляет собой кювет с раствором фталоцианина, помещенный в корпус из титанового сплава (рис. 11.10, б). Параллельность входного я выходного окон кювета составляет 25...30". Компенсационное резиновое кольцо должно иметь такой диаметр, чтобы удовлетворять следующим требованиям: во-первых, обеспечивать надежную герметизацию; во-вторых, не приводить к образованию линзы яз входных и выходных окон фототропного затвора.
Для выполнения этих требований необходимо, чтобы ширина установочного кольца была на 10...15 % меньше диаметра резинового кольца-компенсатора. Энергия излучения лазера с пассивным модулятором добротности и рубиновым стержнем длиной ! = 8 см и диаметром 0,6 см в лучшем случае достигает 0,6 Дж. После выработки ресурса при работе лазера в мононмпульсном режиме пропускание затвора увеличивается на 5...7 % !по сравнению с первоначальным значением.
Это приводит к повышению выходной энергии излучения, увеличению локальных плотностей н, как следствие, к разрушению кристалла активной среды. На практике допустимая частота генерации не превышает 0,1 Гц. Увеличение частоты генерации приводит к запаздыванию регенерации свойств фототропного затвора 161. Использование пассивных затворов, кроме формирования гигантского импульса, обеспечивает селекцию типов колебаний в резонаторе лазера. Обычно в спектре излучения лазера с пассивным затвором присутствуют только одна-две поперечные моды.
4 4.8. Электрооптические затворы В настоящее время для изготовления электрооптических затворов наиболее широко применяются кристаллы, принадлежащие к классу 1)2г(, и типа АВО„имеющие значительный электрооптнческий эффект и хорошие оптико-механические характеристики. Эффект модуляции добротности резонатора можно получить при наличии двух кристал- 228 (11.29) Уменьшение добротности происходит в результате подавления колебаний в резонаторе путем поворота плоскости поляризации линейно-поляризованного излучения активной среды лазера под воздействием поля.
При подборе оптимального отношения размеров кристаллооптической пластины йЛ требуемое напряжение может быть небольшим, Оно определяется половинным значением (7„, вычисленным по формуле (11.29), так как излучение лазера проходит через два кристалла. Например, для д = 1 см н ! = 3,5 см значение напряжения, прикладываемого к электродам кристалла К!)Р, составляет 750 В. Электрооптический затвор (рнс. 11.12, а) работает следующим образом: во время подачи импульса поджига к лампе накачки происходит включение схемы задержки, которая по истечении времени запускает схему разряда конденсатора — накопителя энергии. Напряжение разряда конденсатора прикладывается к электродам электрооп- 229 лов дигидрофосфата калия, определенным образом ориентированных по отношению к направлению излучения рубинового лазера и к управляющему электрическому полю (ряс.
1!.1!). Электрическое поле прикладывается как к первому, так и ко второму кристаллу в направлении оси Г. Излучение лазера распространяется в первом кристалле вдоль оси Х'. Падающее на кристаллы излучение полярязовано, причем плоскость колебаний электрического вектора направлена под уг. лом Ы4 к осн У' первого кристалла и к оси Х' второго кристалла Для получения на выходе разности фаз между составляющими вектора Е на оси Х' и У' с тем, чтобы вызвать поворот плоскости поляризации, необходимо к каждому кристаллу приложить напряжение хд и„,=и,„= —, емий~э! г/у/ дерлал Рис. 11.12. Структурнан схема электрооптического модулятора добоотности лазера (а) и схема конструкции узла с кристаллом такого модулятора (б): аг 1 — призме полного эиутреняего отрэжения; 2 — лампе иэхзчхи; 8 — эхтнэнэя среде лээерэ; 4 — нристэллм с элеитрадэми и анализатором; 8 — стопа пластин; 8 — фото л кт ный умножитель; 7 — нндихэтор; 8 — иэиопитель энергии: 9 — блок зэдержкн и синх аиизэпин; 18 — блан пнтэиия и поджиги; бг 1 — элеитрод; 8 — праэод; 8 — контент; 4 опрээы кристалла; 8 в компэунд1 8 и стелл; 1 — корпус — ири- тических кристаллов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
