Байбородин Ю.В. Основы лазерной техники (1988) (1151949), страница 56
Текст из файла (страница 56)
П ирина спектра поглощения практически важного красителя — о мина бб равна О,1 мкм, что в 100 и я — родая+ 100 раз больше ширины спектра люминесценции ионов Сг в рубине. разрядными лампами (см. рис. 8.12, б). Вс лазеры на «раснтелнх возбуждаючсн оптической накачкой: лазерами и га р и и гаэоКюветскрасителем а е а непроэ ачное дли изл ч р зм щ етсявнутри резонатора, име(ощего выходное зе а р у ения накачивающего лазере, которое и возбуждает молекулы делать, то п оисхо ит красителя. Чтобы краситель не нагревался, его быстро п т рокачивают. ели этого не . Е.
Молекулы к аснтеля, а , то происходит термическое разложение красителя, и генера ия ср М у р , разлагаясь, загрязняют окна кювета излучателя. ц ывается Перестраиваемый лазер на красителях используется чении мелек ля ной устоя в спектроскопия при изуку рно диссоцнапии химических реакций, разделении изотопов и т, д. Твердотельные лазеры с дисперсионным оптическим р ра отаны в Институте физики АН УССР и получили назварезонатором ние с в и и .
г е н е р а т о р о в. Сущность дисперсионного метода свипирования частоты заключается в том, что излучение, ое активной средой, преобразуется дисперсионной призмой или , индуциродифракциониой решеткой таким образом, что пучки разли падают по аз зл чных частот д разными углами на зеркало. При этом наибольшей добротностью обладают колебания, излучение которых перпендикулярно к зеркалам резонатора. Остальные колебания частот происходят с большими потерями, притом потери тем больше, чем выше угловая дисперсия призмы. Эффективная перестройка происходит, если спектральная ширина резонансной кривой меньше ширины спектральн " 1 В) яз з гт ой линии излучения (, ( йй), Поворачивая зеркало вокруг оси, перпендикулярной к плоскости дисперсии призмы, можно осуществлять плавное изменение частоты генерации (рис.
!2.7, а). Так, в свин-генерато е а вом стекле бы кле была получена квазинепрерывная генерация длительностью 40 мкс с диапазоном свипирования до б0 нм при скорости вращения черкала 130 рад/е и двукратном превышении порогов " ой энергии Свипирование частоты может осуществляться в двух режимах: статическом (перестройка частоты происходит в паузах между импульсами излучения) и динамическом (перестройка происходит во время генерации импульса), Динамическое, управляемое акустооптическим эффектом, свипирование частоты обладает существенными достоинствами: позволяет упорядочить временные характеристики излучения лазера, его модовый состав и приводит к сужению общей ширины спектра генерации.
Также повышается энергетический к. п. д. за счет работы активных центров, неучаствующих в генерации в обычном одночастотном режиме. 238 Рис. 12.7. К рассмотрению режима свипировании частоты: я — двспзрсяанный рззоязтор (1 — зеркало, г = 1; 9 — зятязязя среда; 3 — дязфрзгмз1 4 — днсперсяоннзя призма; б — вращающееся зсвязяс, обеспеяяззющзз гсязрзчяю в прзделах А, < Х, ж М1; б — оятнчссязя схема сзнп.гснерзторз яз стекле с яссдяыом (1...В, 11, 14 — ззркзяз; 4, 9, 11 — дязфрзгмы: б — фотопленка; б — дяфрзянноннз» рзщстяз1 7 — вращающаяся прязмз.яянзз(  — дяспсрсяонныз призмы; 10 — зятязязя срсдз; 1В— выходное зсвязяо; 14, 16 — прязынякя язяучзяяя: 17 — призма полного внутреннего отрзмеяяя; 19 — ыяяромзтрнчесяя й взят; 19 — зязктроызгнят; 10 — поворотный стоянки 4 — тясячяыс осчяляогозыыы излучения сзяс-гснзрзторз прн упрззяеняя частотой яыпувьсоз В режиме свипирования частоты спектры генерации твердотельных лазеров существенно зависят от скорости перестройки и уровня накачки.
Например, при скоростях свипирования, меньших 1 см — ' Х Х мкс-', спектр генерации мало отличается от спектра излучения в режиме свободной генерации. При повышении скоростей до 1...2 см ' х х мкс — ' в спектре генерации появляются нерегулярные провалы. С дальнейшим повышением скорости перестройки или увеличением уровня накачки спектральные линии сужаются и интервалы между ними становятся почти одинаковыми. Начиная со скорости 40 см — ' х Х мкс — ' и выше вместо отдельных спектральных линий появляются почти непрерывные линии. Увеличение уровня накачки приводит к расширению спектральных линий и появлению новых, причем наблюдается как увеличение, так и уменьшение интервалов между ними (рис. 12,7, е).
Скорость перестройки при импульсной оптической накачке можно оценить неравенством оя.опт ) бйо/тя. Ширина спектральной линии излучения, в пределах которой выполняется свипирование, зависит от времени жизни фотонов т в дисперсионном резонаторе при () „, формы спектральной линии Е (ч) н времени релаксации метастабильного уровня т„,: 2тфт / зз-зч .у.— 1 т"., 239 где Х вЂ” коэффициент превышения порогового уровня энергии накачки (число порогов); l„! — интенсивность поля накачки и интенсивность люминесцентного шума. Численная оценка скорости перестройки при типовых значениях б)с = 18 нм, ХР (у) = 2, тф — — 10 ' мкс, ту = 5 ° 10' мкс, !и (1„7 ! ) = 25 соответствуег и„,,„, = 0,1 нм!мко. На рис.
12.7, б показана оптическая схема свип-генератора иа стекле с иеодимом с общим диапазоном свипирования 700 см — '. Лазеры с перестраиваемой частотой, построенные на основе дисперсионных резонаторов, по своим энергетическим характеристикам и надежности практически не уступают типовым твердотельным лазерам ".
22.а. Методы и схемы селекции мод Р' езонатор лазера характеризуется числом Френеля ((гф, при уменьшении которого дифракциоиные потери различных типов колебаний возрастают, увеличивается различие в потерях для основного типа колебаний и колебаний более высоких порядков. Силикцил лчимов колебаний заключается н создании условий, прк которых становнтсв возможнмм уменьшение числа Френеля. Прн атом возрастают потери длн нежелательных мод, т. е. нроксходнт разделение днфракцнонных потерь для различных типов колебаний н устранение нежелательных нз нкх (рнс. 12.8).
Селекция поперечных мод. Одним из самых простых методов является увеличение длины резонатора. Так как число Френеля й1ф = = ав7(Ыо), то, увеличивая 1„можно добиться уменьшения числа Френеля до нужного уровня. Однако при этом длина резонатора должна составлять десятки метров, что практически реализовать трудно. Другим сравнительно простым методом селекции является введение в резонатор диафрагм. Подбирая размер диафрагмы, можно погасить моды высших порядков. Однако в этом случае вносятся значительные потери основной моды ТЕМвм Если диафрагму разместить на расстоянии 7./2 от выходного зеркала, то можно получить соотношение а(а /7.
ж О,З, при выполнении которого достигается подавление мод высших порядков при наименьших потерях основной моды (а„пй — радиусы диафрагмы и пучка соответственно). Одним из вариантов метода селекции с помощью диафрагмы, внесенной в резонатор, является селекция с помощью двух линз и диафрагмы.
Диафрагма устанавливается в фокусе центральной моды, остальные же моды поглощаются диафрагмой. Эта система очень критична к настройке, так как небольшое смещение диафрагмы приводит к срыву генерации. Недостатком этого метода является обгорание краев диафрагмы. Следующим методом селекции поперечных типов колебаний является использование резонатора и выпуклым сферическим зеркалом. Центр зеркала находится в фокусе линзы. Эта система высокоселек- и Смл Броуде В. г1,, Соснин М.
С., Кравченко В. И,, Заика В. В. Работа рубинового ОКГ с наклоненными зеркалами УУ Журн. нрнкл. сцектроскопкн.— 1965.— Т. 3, выц. 3.— С. 225 — 229. Спектры генерации рубинового ОКГ со свннкрованкем частоты УУ Укр. фнз. журн.— 1972.— Т. 17, йй 11.— С, 1803 — 1808. 240 2) Уэ-йу Уэ Ь" б а()ая йзе.ш Ркс. 12.8. Основные схемы селекцнк мод; л — селекция поперечных типов колебаний (! — увеличение длины резонатора; У вЂ” введение и резонатор диафрагм; 3 — применение резонатора со сферическим зериалом; 4 — примеие.
ние резонатора иэ плоских зеркал и линзы; б — применение прнзмм полного внутреннего от. ражеиияк б — селекция продольных типов колебаний ()' — пассивной резонатор; у'— четвертьволновз» пластинка; 6 — управление коэфФициентом усиления (уровнем потерь); 7 — применение фильтра; й — использование газовой ячейии с иелниейнмм поглощением; Э вЂ” применение связанных резонаторов) тивна. Селективность тем выше, чем больше фокусное расстояние линзы и чем меньше диаметр активной среды. Метод, в котором используется явление полного внутреннего отражения в призме, предполагает расположение призмы таким образом, что критический угол полного внутреннего отражения соответствует основной моде.
Селекция аксиальных (продольных) мод. Уменьшая коэффициент усиления генератора, добиваются, чтобы коэффициент усиления аксиальных мод высших порядков был ниже уровня потерь. Это приводит к тому, что генерация на этих модах не возникает. Селективность этого метода и мощность генерации в одномодовом режиме невысоки, Кроме того, для поддержания заданной мощности генерации необходима автоматическая стабилизация коэффициента усиления. Изменение длины резонатора приводит к селекции продольных мод. Если в случае селекции поперечных мод желательно увеличить длину резонатора, то для селекции аксиальных мод необходимо уменьшать его длину, поскольку частотный интервал между резонансными частотами бу = с/(2Е). 241 1г! гст 4п12кУ11 /с) П дУ" У1-Усгг -с/(21. ) Л2 рис, 12.9.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
