Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Пути создания мощных твердотельных лазеров

Читайте также:
  1. L Нужен СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ для создания новых мышц.
  2. АКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ МОЩНЫХ ЛАЗЕРОВ
  3. Биографические предпосылки создания произведения
  4. Виды научно-популярных изданий. Концепция их создания
  5. Возрождение своей державы следует начинать не с создания новых политических партий, а с изменения себя и своего ближайшего окружения.
  6. ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ ИМПУЛЬСНЫЕ ЛАМПЫ ДЛЯ НАКАЧКИ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ЛАЗЕРОВ.
  7. Задачи и предпосылки создания системы ранней помощи

Выбор направления. Повышение мощности (энергии) лазерного излучения представляется важнейшей технической задачей. Но при решении этой задачи приходится учитывать дополнительные требования к качеству излучения, то есть к его модовому составу, поляризованности и, в конечном счете, к расходимости луча. В случае импульсного излучения добавляются требования к длительности и форме импульса. Поясню эти требования частным примером. Процесс резания материалов (дерева, листов металла и др.) требует не только достаточно большой мощности (энергии) излучения, но также обеспечения узкого и ровного реза. Для этого необходимо сфокусировать на материале лазерный луч в малоразмерное пятно, что осуществляется с помощью линзы. Минимальный размер пятна в фокусе линзы при прочих равных условиях определяется модовым составом излучения. Наилучшие результаты дает одномодовая структура излучения. Тогда не только обеспечивается тонкий качественный рез, но существенно повышается плотность энергии в пятне, благодаря чему снижаются требования к энергетике лазера.

В мощных твердотельных лазерах обе задачи – повышения мощности (энергии) луча и обеспечения при этом качественного состава излучения – решаются путем построения многокаскадных систем. Такие системы содержат три основные состав­ляющие: задающий генератор (ЗГ), элементы формирования пространственно-временной структуры луча и усилитель. Усилитель, в свою очередь, может представлять собой многокаскадную систему, состоящую из предуси­лителей и оконечных усилителей.

Задающий генератор, как правило, делается мало­мощным, но именно он решает задачу получения излу­чения необходимого качества. В усилительных каскадах мощность (энергия) наращивается при сохранении заданной структуры излучения. Огра­ничение выходной мощности, в конечном счете, определяется лучевой стойкостью активных элементов и оптического резонатора.

Задающий генератор. Это первый каскад многокаскадной системы. Как было сказано, именно он определяет качественные характеристики генерируемого излучения. Без принятия специальных мер в твердотельном генераторе возникает режим свободной генерации, осциллограмма которого представлена на рис. 3.13. В случае активного стержня из стекла с неодимом длительность генерируемого импульса составляет от 0,1 до 10 мс. Состав излучения заведомо многомодовый. Но именно в таком режиме от одного стержня достаточно большого размера получают гене­рацию с энергией в импульсе порядка нескольких килод­жоулей.

Таким образом, без принятия специальных мер ЗГ работает в режиме свободной генерации и выходной луч имеет многопичковую многомодовую структуру. Для обработки материалов это наихудший вариант. Чтобы улучшить структуру луча в ЗГ используют модуляцию добротности, селекцию и синхронизацию мод. Этого добиваются практически мгновенным просветлением модулирующего элемента. Порог генерации снижается, и накопленная энергия возбужденных ионов выделяется в коротком интенсивном импульсе лазерного излучения ("гигантский импульс").

В качестве элементов, модулирующих добротность оптического резонатора, используют: 1)электрические затворы – ячейки Поккельса или Керра; 2) механические затворы; 3) акустические затворы; 4) насыщающиеся поглотители. Подробности, касающиеся принципа работы и устройства таких элементов, приводятся в специализи­рованной литературе.

Твердотельный ЗГ с модуляцией добротности работает в одном из двух режимов: 1) импульсный режим с импульсной накачкой; 2) импульсно-периодический режим с непрерывной накачкой. В импульсном режиме для получения модуляции добротности применяют электрооптические и механические затворы, насыщающиеся поглотители. В импульсно-периодическом режиме – механические и акустооптические затворы.

Селекция мод. Тенденция твердотельного лазера генерировать многомодовое излучение определяется следующими обстоятельствами. Ширина контура усиления в таких лазерах достигает значений на уровне несколько сотен ГГц. Это намного больше межмодовых расстояний, равных с/2L, где L – длина резонатора. Эти расстояния порядка сотен МГц. В таких условиях линия уширения допускает возникновение множества мод. Для получения генерации на одной поперечной моде низшего порядка (ТЕМоо) на оси резонатора помещают диафрагму, радиус отверстия которой подбирается таким, чтобы для мод более высокого порядка потери бы заметно возрастали, а для выделяемой моды они оставались бы по-прежнему низкими.

Другой способ подавления нежелательных поперечных мод – использование неустойчивого резонатора с такими параметрами, чтобы эквивалентное число Френеля оказалось полуцелым. Тогда возникает большое различие в потерях мод высшего и низшего порядков, и генерирование первых становится невозможным.

Вторя задача – селекция продольных мод – решается более сложными техническими средствами. Например, внутри резонатора размещают один или несколько интерферометров Фабри-Перо, расстояние между отражающими поверхностями у которых L1 много меньше длины резонатора L. Оценки показывают, что выбор значения L1 определяется двумя условиями:

(3.33)

где nr – показатель преломления эталона, Dnо – ширина контура усиления, F – резкость эталона, со – скорость света в среде эталона. Первое из условий (3.33) определяет верхний предел длины эталона, а второе – нижний. Одновременное выполнение обоих условий возможно лишь в случае, когда

(3.34)

При невыполнении такого условия прибегают к использованию еще одного или нескольких эталонов Фабри-Перо. Условие генерирования одной продольной моды при использовании двух интерферометров таково:

(3.35)

Обычно значения F порядка 30, а nr ~ 1,5.

В случаях, когда необходимо получить очень мощные короткие и сверхкороткие импульсы излучения (10–9 – 10–15 с) используют процессы синхронизации мод и укорочения длительности импульса. Оба процесса связаны с нелинейными преобразованиями. Тогда в схему ЗГ добавляются соответствующие оптические нелинейные элементы, подробности их устройства и функционирования выходят за рамки данной книги.

Любые усилия по подавлению продольных мод и по формированию импульсов излучения нужной формы и длительности сопряжены со значительными потерями энергии по сравнению с режимом свободной генерации. Поэтому ЗГ, как правило, создаются маломощными и последующее наращивание мощности и энергии осуществляется в усилительных каскадах.


Дата добавления: 2015-10-16; просмотров: 95 | Нарушение авторских прав


Читайте в этой же книге: ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНАЯ НАКАЧКА СО2 ЛАЗЕРА | НЕПРЕРЫВНЫЕ СО2 ЛАЗЕРЫ | ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ МОЩНОСТИ СО2 ЛАЗЕРОВ | ДИССОЦИАЦИЯ МОЛЕКУЛ СО2 В РАЗРЯДЕ. | МОЩНЫЕ ИМПУЛЬСНЫЕ СО2 ЛАЗЕРЫ. | ОПРЕДЕЛЕНИЕ И СОСТАВ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ЛАЗЕРОВ | ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ ИМПУЛЬСНЫЕ ЛАМПЫ ДЛЯ НАКАЧКИ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ЛАЗЕРОВ. | ОСВЕТИТЕЛИ | ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ | АКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ МОЩНЫХ ЛАЗЕРОВ |
<== предыдущая страница | следующая страница ==>
ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ СРЕД.| ОПТИЧЕСКИЕ УСИЛИТЕЛИ

mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.007 сек.)