lazernaya_tekhnika_uchebnik (863459), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Лазеры, работающие в импульсном режиме, частоназываются импульсными лазерами. Импульсы могут быть одиночными (когда промежуток между импульсами произвольный), представлять собой серии регулярных импульсов с произвольным промежуткоммежду сериями или регулярную последовательность импульсов в течение всей работы.Режим свободного генерирования лазерного излучения (свободныйрежим) – режим импульсного генерирования лазерного излучения, прикотором добротность оптического резонатора не меняется в течениедлительности импульсов лазерного генерирования.Моноимпульсный режим – режим модуляции добротности резонатора лазера с импульсной оптической накачкой, при котором за время действия импульса накачки генерируется один импульс лазерного излучения.Режим модуляции добротности резонатора – режим импульсногоΔNMнгенерирования лазерного излуMнчения, при котором накоплениеMгэнергии производится в лазернойактивной среде, а ее вывод осуществляется путем быстрого изменения добротности резонатораMгΔNот минимальной до максимальной.
Поясним этот режим с помоΔN*щью рис. 1.3. По оси ординат здесьотложены величины инверсии вa bc d et активной среде ΔN, плотность излучения накачки Мн и плотностьмощности генерации Мг, по осиРис. 1.3. К определению режимамодуляции добротности резонатора абсцисс – время. Излучение на16качки представлено в виде импульса длительностью ad. Величина ΔN*означает пороговую величину инверсии, т.е. величину инверсии, прикоторой начинается генерация. Пунктиром показаны величины ΔN и Мгв режиме свободной генерации. Как видно из рисунка, начиная с момента а инверсия увеличивается, сначала быстро, а затем ее рост замедляется из-за спонтанных процессов в среде.
Резонатор лазера перекрыт,что соответствует его минимальной добротности (большим потерямэнергии). При достижении почти максимальной инверсии (в момент с)резонатор открывается и развивается мощный импульс излучения (длительностью се). Развитие генерации приводит к резкому уменьшениюинверсии.
Получающиеся импульсы генерации характеризуются мощностью порядка сотен и тысяч мегаватт и длительностью от единиц додесятков наносекунд. В литературе еще встречается название этого режима как режим гигантских импульсов.Технически модуляция добротности резонатора осуществляетсяследующими основными способами:1. В резонатор лазера помещают электрооптический элемент (например, элемент Керра или Поккельса). При подаче напряжения наэлемент он не пропускает излучение, в момент с напряжение быстроснимается и происходит излучение импульса (рис.
1.4, а).2. Вместо одного зеркала резонатора используют вращающуюся прямоугольную призму (рис. 1.4, б). Добротность резонатора здесьмаксимальна в момент, когда гипотенузная грань призмы параллельнавторому зеркалу резонатора.3. В резонатор лазера помещают ячейку с просветляющимся раствором.
Просветление раствора происходит «автоматически» под действием спонтанного излучения активного элемента (рис. 1.4, в).Режим синхронизации мод – режим работы лазера, при которомсоздаются определенные фазовые соотношения между модами резонатора. В зависимости от этих соотношений режим характеризуетсяразличными параметрами излучения. В одном из режимов излучениепроисходит в виде импульсов с частотой, примерно равной c/2L (гдес – скорость света; L – длина резонатора), причем мощность в импульседостигает 1012 – 1013 Вт при длительности 10-12 – 10-13 с.Многомодовый режим генерирования лазерного излучения (многомодовый режим) – режим работы лазера, при котором лазерное излучение содержит как продольные, так и поперечные моды, причем поперечных мод больше, чем одна.17Элемент КерраЗеркалоПризмат.поляризатор ЗеркалоАктивныйэлементЭлементПоккельсааВращающаясяпризмаАктивныйэлементбЗеркалоЯчейка с просветляющимсярастворомАкт.
элементвРис. 1.4. Способы осуществления режима модуляции добротностирезонатора с помощью:а –электрооптических затворов; б – вращающейся призмы; в – пассивного затвораОдномодовый режим генерирования лазерного излучения (одномодовый режим) – режим работы лазера, при котором лазерное излучение содержит только одну поперечную и несколько продольных мод.Одночастотный режим генерирования лазерного излучения(одночастотный режим) – режим работы лазера, при котором лазерноеизлучение содержит только одну продольную моду (одну спектральную линию).181.6.
Эксплуатационные параметры ихарактеристики лазеровЭти параметры и характеристики определяют свойства лазера какприбора. Дадим их краткую характеристику.Коэффициент полезного действия представляет собой отношение энергии генерации к электрической (или какой-либо другой) энергии, потребляемой источником накачки.Потребляемая мощность (энергия) характеризует возможностьработы лазера в системах с ограниченным энергоснабжением.Рабочая температура, при которой функционирует активный элемент или другие части лазера, определяет необходимость системы охлаждения. В свою очередь, система охлаждения является важным ограничивающим фактором при использовании лазеров в полевых условияхи на борту летательных аппаратов.Время готовности лазера к работе – время, необходимое для достижения лазером номинальных значений параметров излучения с момента его включения.
Оно зависит от требований, которые предъявляются к параметрам излучения. Время непрерывной работы – время, втечение которого лазер работает до его выключения.Ресурс работы (долговечность, срок службы) лазера – время работы до выхода из строя одного из основных элементов лазера.
Оноявляется одним из основных экономических критериев качества лазера.Габариты и масса лазера, как правило, определяются отдельнодля излучателя лазера, который содержит активный элемент и резонатор, и системы накачки, которая преобразует энергию внешнего источника к виду, необходимому для подачи на активный элемент лазера.1.7. Стабильность параметров и характеристиклазерного излученияПараметры и характеристики лазерного излучения не остаютсястрого постоянными во времени. После включения лазера проходитнекоторое время, прежде чем параметры и характеристики излучениядостигнут некоторых номинальных значений.
Во время работы лазераизменения номинальных параметров носят характер случайных колебаний (флуктуаций) вокруг некоторых средних значений. По мере старения лазера величина средних значений постепенно меняется. Для неко19торых лазеров большое значение имеет воспроизводимость параметровот включения к включению.Причинами изменения мощности (энергии) излучения являютсянестабильность системы накачки, разъюстировка резонатора, изменение инверсной населенности по объему активного элемента и т.д. В газовых лазерах флуктуации выходной мощности достигают несколькихдесятков процентов.
Применение способов пассивной и активной стабилизации позволяет получить величину флуктуации до сотых долейпроцента в течение нескольких часов.Изменение длины волны излучения лазера происходит вследствиеизменения температуры активного элемента (в твердотельных и полупроводниковых лазерах), а при работе в одночастотном режиме – вследствие изменения оптической длины резонатора и других причин. Сочетание способов пассивной и активной стабилизации частоты излученияпозволило достичь относительной нестабильности порядка 10–10 (в газовых лазерах на длине волны 0,63 мкм).Для некоторых применений лазеров большое значение имеет стабильность положения оси диаграммы направленности во времени.Угловые уходы оси пучка газовых лазеров в вертикальной плоскостиот момента включения до выхода на стационарный режим могут достигать нескольких десятков угловых минут.1.8.
Способы измерения параметров ихарактеристик лазерного излученияРассмотрим основные способы измерения энергетических, пространственных и спектральных (частотных) параметров лазерного излучения. Измерения проводятся с помощью некоторой системы, которую мы будем называть измерительной.
К измерительной системе(установке) предъявляются следующие требования:она должна располагаться на таком расстоянии от излучателя лазера, чтобы излучение нагретых частей лазера и спонтанное излучениеактивного элемента лазера не влияло на результат измерений;при измерении параметров импульса излучения постоянная времени установки должна быть меньше длительности импульса;уровень мощности измеряемого сигнала должен быть таким, чтобыизмерения проводились на линейном участке характеристики измерительной системы;20при обработке результатов измерений необходимо различать, былали измерена мощность или энергия излучения.Часть установки, на которую во время измерений непосредственнопопадает измеряемое излучение, будем называть нагрузкой.Способы измерения энергетических параметровОсновными способами измерения энергетических параметров являются: калориметрический; механический (пондеромоторный); фотоэлектрический; фотографический.Калориметрический способ основан на тепловом действии оптического излучения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
