Крылов К.И., Прокопенко В.Т., Тарлыков В.А. Основы лазерной техники (1990) (1151950), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Уменьшение мощности при медленном включении связано с тем, что высвечивание происходит при низких добротностях резонатора и, следовательно, большая часть энергии расходуется на потери в управляющем элементе. Процесс высвечивания импульсов прекращается, когда ;устанавливается постоянное значение порога, отвечающее макси'мальной добротности. 4.3.
МОДУЛЯНИЯ ЛОБРОТНОСТИ РЕЗОНАТОРОВ Все известные методы модуляции добротности резонаторов подразделяются на активные и пассивные. К активным относятся ,методы, в которых модулирующие устройства меняют значение потерь по заданному закону нли в соответствии с внешним управляющим сигналом. Пассивные модулирующие элементы управляются непосредственно полем излучения, имеющимся н резонаторе лазера. Модулирующие устройства активного типа можно разделить по характеру физических эффектов, ла которых основано их Лей- 127 Рис. 4.4. Оптические схемы с антике-механическая мадулвннеа дварвтмесск (АЭ вЂ” активнмй екемевт) ствие, на следующие, получившие наибольшее практическое применение: оптико-механические, электрооптнческие и акустоопти.
ческие. При оптико-механической модуляции добротности модулирующее устройство, как правило, представляет собой вращающуюся призму-крышу, выполняющую функции одного из зеркал резонатора (рис. 4.4, и). Время включения добротности и этом случае зависит от частоты вращения призмы. При частотах вращения призмы 20 000 — 30 000 об/мин время переключения добротности имеет порядок 1О ' с.
Время коммутации в этом случае достаточно велико, что может привести к появлению нескольких импульсов излучения. Для увеличения скорости переключения в резонатор можно ввести дополнительные неподвижные отражатели. Эффективная угловая скорость вращения призмы для лазера с добавочной призмой (рис. 4,4, а, б) будет еэчэе —— т„вснк, где гл,ср — количество отражений от вращающегося элемента; ~в„— угловая скорость вращения двигателя. Для увеличения скорости коммутации в резонатор лазера можно ввести телескопическую систему (рис.
4.4, в), что также позволяет увеличить скорость коммутации в число раз, соответствующее кратности телескопической системы. Для управления добротностью резонатора может быть яспользован эффект нарушения полного внутреннего отражения света от поверхности призмы при приближении к ией диэлектрика. Модулирующая гризма работает в довольно тяжелых условиях при воздействии оптического излучении высокой плотности мощности, и к качеству ее изготовления предъявляются высокие требования. Призму изготовляют из стекла марки К-8 илн плавленого кварца с обработкой гипотенузной и катетных граней мего.
дом глубокой алмазной полировки для увеличения стойкости к излучению. Допуск иа прямой угол призмы типа ВР-180 составляет +-5 . Иногда в оптических схемах лазеров для получения мощного одиночного импульса используют гибридные затворы в виде комбинации вращающейся призмы, обеспечивающей жесткую синхронизацию моментов появления гигантского импульса, и самопросветлеиия фильтра или фототропиого затвора. Такая комбинация позволяет при уменьшении частоты вращения призмы !2Я беспечить полу гение моноимпульса, что повьипает его энергетиескне параметры.
Оптико-механические затворы с вращающейся призмой, не- мотря на колебания оси излучения, низкий КПД, значительные шумы н вибрацию двигателя, нашли широкое применение в лазеах с управляемой генерациеи благодаря простоте конструкции и юстнровкн, надежности, а также возможности работы в широком температурном н спектральном диапазонах. Использование электрооптических затворов и управляемых отражателей предоставляет большие возможности при осуществлении различных режимов работы лазера.
Злектрооптическое управление резонатором лазера основано на электрооптическом фекте Поккельса, заключающемся в изменении показателя преомления света в кристаллах, помещенных в электрическое поле. Построение оптических схем лазеров при использовании электро- оптических затворов основано на повороте плоскости поляризации злучения лазера после прохождения нм ячейки Поккельса. дна нэ возможных оптических схем показана на рис. 4.5, а. Злектрооптический элемент 1 устанавливают в резонаторе лазера так, чтобы его оптическая ось была параллельна оптичекой оси лазера.
Между элементом Поккельса и полностью отра' ающим зеркалом резонатора помещают анализатор 3. Его оринтируют таким образом, чтобы вектор поляризации излучения авера был ортогоналеи вектору поляризации нзлученпя, пропускаемого анализатором. При отсутствии управляющего наряжения анализатор не пропускает возникающего при иакачке излучения лазера, н добротность резонатора оказывается очень изкой.
Генерация отсутствует. Злектрооптическнй затвор работает следующим образом: во время подачи импульса поджига к лампам накачки происходит запуск схемы задержки, которая по истечении задержки подает импульс управляющего напряжения на ячейку Поккельса, в результате чего вектор поляризации излучения лазера поворачивается на 90' и оказывается совпадающим с вектором поляризации излучения, пропускаемого анализатором. Прошедшее через анализатор излучение отражается от зеркала и вновь возвращается активный элемент, Потери в резонаторе резко уменыпаются, что приводит к генерации мощного кратковременного импульса злучеиия. Время включения затвора достигает единиц наносекунд.
сб лэ у х ю,сэ зо -о ~Е=ЛНН -аЯ~ЭНЯ с. 4.5. Оптнческаи стена с ватвором: а — електрооптнпескнм; б — комвннрованным; вктивима влеиеит: ФЗ Смтотреиима ввтвар З Крылов Ю и. и лр. В качестве элеитраоптических кристаллов используют ве щества, отличающиеся высокой стойкостью к лазерному излучению и имеющие небольшой уровень потерь. Зтнм требованиям в настоящее время наилучшим образом удовлетворяют кристаллы КПР, АЭР, ПКПР н ЫМЬО,. Достоинством оптических затворов данного типа является их малая инерционность, что особенно важно при обеспечении высокого КПД в лазерах с большим козф. фициентом усиления активной среды.
К недостаткам электрооптических кристаллов можно отнести их гигроскопичность и низкую механическую прочность. Для модуляции добротности резонатора лазера могут быть использованы и акустаоптичесьие затворы, но они применяются преимущественно в лазерах с непрерывной накачкой. В открытом состоянии они имеют потери примерно на порядок ниже, чем у электрооптичесхкх, что особенно существенно для лазеров с непрерывной накачкой, которые характеризуются более низкими коэффициентами усиления.
Время переключения у акустооптических затворов на два, три порядка выше, чем у электрооптических ПОΠ— ОООО нс). Модуляция добротности реализуется к прк использовании пленочных затворов с взрывающейся металлической пленкой. Для этих целей применяется алюминиевая пленка толщиной 0,25 мкм, нанесенная на лавсаиовую или стеклянную основу. Различают два режима модуляции: пассивный, когда пленка взрывается под действкем импульса генерации, возникающего в резонаторе; активный, когда импульс генерации развивается при подрыве пленки вспомогательным импульсом электрического тока. Активный режим рабаты пленочного затвора более благоприятен, так как к моменту формирования гигантского импульса остается меньше продуктов сгорания, чем в пассивном затворе, Прк использовании электровзрываемого пленочного затвора после генерации мощного импульса могут последовать несколько пичков свободной генерации, которые могут быть убраны в комбинированной схеме при использовании фототропиого затвора (рис.
4.6, б), Преимуществом такой комбкнацкк являются возможность запуска затвора внешним пусковым импульсом и генерация един. огненного импульса. Конструктивно пленочный затвор представляет собой две вращаемые бобины, между которыми в промежутке между вспышками ламп накачки перематывается алюмкнированная пленка. Данный ткп затвора имеет следующие преимущества: простоту конструкции; возможность работы с разными активными средами, излучение которых не поглощается материалом подложки; отсутствие колебаний оси излучения по направлению при изменении уровня накачки активнога элемента; возможность работы прк больших размерах сечения активных элементов. Схемы с пассивными фототрапными (просветляющимися) затворами применяются для модуляции добротности в целях полу- 130 ения наносекундных импульсов и одномодо- го излучения.
Импульсы такой длительности огут быть получены в лазере с простой опти. еской схемой, где фототропный затвор распоожеи в резонаторе, состоящем из полупрорачного и, 100%-ных плоскопараллельных еркал, между которыми находятся фототропый затвор и активное тело, Фототропный й атвор представляет собой нелинейный резо- Э ансный поглотитель, прозрачность которого г вменяется под действием интенсивного светоого потока. Просветляющийся фильтр содерит молекулы (атомы), резонансно поглощащие излучение на частоте рабочего перехода Рзс 4.з.
ьтэ»тля данно~о лазера. Применяемые в настоящее время пассивные ~„„,„ев э р атворы представляют собой резонансно-погло- ааиоэрос»етз»»»»че- ающие вещества, введенные в качестве добавки гася ээзсзт»л» в прозрачные среды. Наиболее часто используют растворы органических красителей: цианиновых (фталоцианнна и криптоциаиина) и полиметиновых, Цнаниновые красители предназначены для работы в лазерах на рубине, полиметиновые— в лазерах, активированных неодимом, Кроме органических краителей свойства просветления имеют стекла КС-19, в которых новной рабочей примесью является сульфид кадмия.
В зависимости от типа растворителя положение максимума полосы поглощения для различных полпметиновых красителей изменяется с некоторой течденпией смегцения з сторону больших длич полн по мере увеличения коэффициента преломления растворителя. Существенным недостатком большинства растворов полиметиновых красителей является нестойкость к мощному световому излучению, под действием которого в этих средах происходят необратимые фотохимические реакции.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
