Байбородин Ю.В. Основы лазерной техники (1988) (1151949), страница 55
Текст из файла (страница 55)
Элементарная дискретная ячейка работает следующим образом (рис. 12.2, б). Если на поляризационный переключатель П падает излучение, допустим линейно-поляризованное вдоль оси сх', то в зависимости от того, приложено к переключателю П полуволновое напряжение Охгу или нет, выходящее из кристалла Ш излучение будет поляризовано либо по оси ох', либо по оси оу', т. е. будет либо обыкновенным, либо необыкновенным лучом. Например, при отсутствии полуволнового напряжения ((уь17 = 0) на выходе отклоняющего элемента имеется только обыкновенный луч. При наличии (гагу — — сопз1 на выходе этого же кристалла появляется необыкновенный луч, смещенный относиуельио обыкновенного луча на й = 1„1д эр, где 1„р— длина кристалла, эр — угол между кристаллографической осью ог' и обыкновенным лучом.
У различных кристаллов углы т)т различны. У кРисталла кальцита тг = 5,9', У кРисталла )х)а)х)Оат(1 9,1T, У КРР ф = 1,48' (все для 1ш = 0,63 мкм). Если такие ячейки установить каскадно с последовательным включением, то общее количество пространственных позиций увеличится по закону 2а, где й — число каскадов. Так можно создать двухмерный дефлектор, о помощью которого можно пространственно и дискретно управляють излучением в пределах квадратной или прямоугольной матрицы. Такой электрооптический дефлектор на кристалле 115)ЬОз описан в 124). Управляющее напряжение его — около 1000 В, число ячеек 32 ус 32 = 1024, коэффициент пропускания тп 15 ого, скорость переключения - 10' Гц, а быстродействие 2...3 мкс. пичков и расстояние между ними беспорядочно флюктуируют (рис.
12.3). Такой режим излучения характерен для активных элементов г (рубин или стекло, активированное неодимом). В случае охлаждения рубина до температуры жидкого азота релаксационные колебания практически исчезают. Для некоторых активных сред режим хаотических пульсаций не наблюда- ЬЮМЬИМЛЛЛЛЛИИЛЛААИ ется (например, В кристалле Рнс, 12,3. излучение импульсов ла Сага: Впзз+). Это связано с малым вера (режим свободной генерации): ВРЕМЕНЕМ ЖИЗНИ МЕТЯСТабИЛЬНОГО 1 — импульс накачки; 7 — пичковый ре.
— з жни излучения лазера,  — калибровка уровня этого материала (1О с). Существует еще один временной режим работы лазера с милли- секундной длительностью излучаемого импульса — это импульсный периодический режим. Частота генерации лазера на рубине достигает 50 Гц, а лазера на иттрий-алюминиевом гранате, активированном неодимом,— порядка 1000 Гц. Получение периодического миллисекунд- ного режима в значительной степени зависит от эффективности охлаждения активной среды (6, 23!.
При использовании методов модуляции добротности можно получить импульсы длительностью от 10 до 1000 нс. Этот режим работы лазера носит название режима гиганпзских импульсов. Получение более коротких импульсов пикосекундной длительности (10 "...10 " с) с мощностью излучения 10"...!Оьв Вт возможно с помощью мегода синхронизации (рис. 12.4). Синхронизация мод осу- В 4 бб 7 у В В В 1г 1У 42.3. Характеристика враменибго н пространственного распрадепеиия излучения Классифицировать временные режимы работы лазеров можно следующим образом: непрерывный режим (преимущественно газовые и полупроводниковые лазеры); режим миллисекундного импульса (пичковый); периодический импульсный режим; режим с модуляцией добротности (режим гигантских импульсов), :режим пикосекундных импульсов (твердотельные лазеры).
Типичные для пичкового режима (свободной генерации) работы лавера длительности импульсов лежат в пределах 0,1...1 мо. Форма тако. го импульса представляет собой релаксационные колебания и состоит из серии пичков микросекундной длительности, причем амплитуда 234 Рнс.!2.4. Схемы управляемых резонаторов с синхронизацией мод для получения ынкрасекундных (а), наносекундных (б) н пнкосекундных (в, В) нмпульсоьч 1 — зеркало; 7 — четвертьволиовая пластинка1 В кристалл КПР; 1 полярнзатор1 В фототропиый затвор: б — диафрагма: 7 — антивиая среда;  — призма-«крыша»; р ре эисторы: 10 — коаксиальиый приемник излучении; 11 — светофильтры; хз — кольцевые электроды1 1 — перехаднме кольца; ы — фазосдвигаюший элемент с призмой-«крышей на иатетной грани; Ы вЂ” блон питания; lб — синкрониэатор; 17 — поворатнаи призма с гра- нями под углом врюстерзг 1В две поворотные призмы: 1я светоискровой разряднин ТЕМ44 ТЕМ/4 темро Теа/я б оптическом резонаторе (а) и бнюннял зона Аа/4ННН юнн тем/, ТЕМ/2 Рис.
!2.3. Картина поперечной структуры поля в распределение интенсивности поля (б) дать при проецировании поперечного поля на экран (рис, 12.5), Выходное излучение твердотельных лазеров имеет сложное пространственное распределение. Оно, как правило, достаточно неупорядочено и дает картины, по которым невозможно установить модовую структуру. Типичное пространственное расвределение интенсивности луча рубинового лазера показано на рис.
12.6. Выходное излучение состоит из многих мод, на которые оказывают влияние различные неоднородности структуры активной среды. Вследствие существования этих неоднородностей пространственное распределение излучения твердотельных лазеров не поддается точному математическому описанию. В этом случае говорят о расходимос/пи излучения лазера— угловой расходимости плоского или телесного угла, характеризующего ширину диаграммы направленности в дальней зоне по заданному уровню углового распределения энергии по отношению н ее максимальному значению.
/см Ебр и б Рис. !2.б. .б. Контуры пространственного распределения интенсивности по сечению потока излучения рубинового лазера с модуляпией добротности (а) и расходимость излучения твердотельного лазера (б): / срсяияя стяоситсльияя иятсисивяссть /с™ а о./б; 2 /сти м 0,24/ и — /стя ь ( 4 / Мбб4 ср ществляется периодической модуляцией добротности резонатора при генерации гигантского импульса. Динамика процесса состоит из двух этапов: в течение первого этапа длительность импульса сокращается из-за увеличения количества сфазированных мод, в течение второго— импульсы расширяются за счет расфазировки мод из-за дисперсии среды внутри резонатора.
частота модуляции подбирается равной с/(24,). Пространственное распределение излучения лазера зависит от распределения электромагнитного поля, возбужденного внутри резонатора. Поэтому пространственные характеристики в значительной степени зависят от конкретного вида резонатора. Р аспределение плотности излучения в сечении пучка представляет собой суперпозицию интенсивностей излучения, характерных для каждой моды.
Каждой конкретной моде соответствует свое распределение интенсивности по сечению пучка. В пл плоскопараллельном резонаторе с круглой апертурой зеркал наибольший интерес представляет одномодовый режим (мода ТЕМ,„), в котором выходное излучение является пространственно однородным и который обладает наилучшими свойствами для фокусировки. Пространственное распределение интенсивности излучения моды ТЕМ,„описывается функцией Гаусса. Пространственное распределение на выходе газового лазера имеет ярко выраженный модовый состав, который можно легко наблю23б Типичные значения расходимостн излучения для различных типов лазеров следующие: газового (Не — Хе) у = 0,2...1 мрад; газового (СО,) у = 1,! ...4 мрад; твердотельного рубинового и на стекле с неодимом у = 0,5...10 мрад; на т'АО у = 2...20 мрад, а самая большая расходимость — у полупроводникового (ОаАз) лазера: у = 20...
500 мрад. Расходимость и спектр излучения зависят от числа одновременно возбужденных мод резонатора. Если подавить поперечные моды ТЕМ„„, кроме основной — продольной, то можно уменьшить расходимость лазера до дифракционного предела. Минимальная ширина спектра достигается, когда генерация происходит на одной аксиальной моде. Существует минимальное значение угловой расходимости, определяемой дифракцией: уяьр ж 1,22 Хз//)ю где /(, — диаметр поперечного сечения пучка лазерного излучения, внутри которого проходит заданная доля энергии. В пучке излучения твердотельного лазера различают ближнюю и дальнюю зоны (рис.
!2.6, б). В ближней зоне пространственное распределение интенсивности в луче такое, как и на выходной апертуре лазера, и расходимость луча мала. Эти условия сохраняются на расстоянии порядка 1//1О, где 0 ж /(,'/(22о). На больших расстояниях угловая расходимость 0 увеличивается вследствие дифракции, заметно возрастая в дальней зоне (-100). 42.4. Перестройка частоты лазерного излучения Одним из наиболее простых методов плавного управления спектром лазерного излучения — режим евипирпвания час/иоты — является перестройка длины волны в пределах полосы люминесценции активной среды в дисперсионном оптическом резонаторе. Наиболее эффективно дисперсионные резонаторы применяются в сочетании с активными средами, обладающими широкими полосами люминесценции. Поэтому дисперсионные резонаторы наиболее выгодно без заметных энер- 237 гетических потерь использовать в лазерах на активированных крис- таллах и растворах органических красителей, с ВВТВО В реди жидкостных лазеров наибольшее распростран р р х органических красителей в воде, толуоле, бензеле, ацетоне.
Моле лй к а- ЕНИЕ ПОЛУЧИЛИ ЛВЗЕ Ь1 НВ сителя являются активными центрами. чтоонииме .К е о Преимущества жидкостных лазеров по сравнению с д гимн заключают ют более высокую концентрацию активатора. Кроме о, си в том, дешева и п още в зксп . Кр е того, активная среда ляется плавная пе Р луатвции. Однако наиболее существенным преиму ест щ вом ив красителя. Лазе ная гене эция пол ч рестройка частоты излучения в пределах спектра л м юминесценции р р ция получена на 200 красителях в диапазоне 'длин волн мкм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
