Рис. 6.2. Временные диаграммы инверсии Δn и мощности излучения
при частотах повторения: а – малых, б – больших
уменьшается и верхний лазерный уровень быстро (за доли микросекунды) опустошается вплоть до срыва генерации. Далее затвор запирается, и все процессы повторяются. Режим модуляции добротности иногда называют режимом генерации гигантских импульсов. Благодаря эффекту накопления частиц и малым временам генерации tи амплитуда импульсов многократно возрастает.
При модуляции добротности оптического резонатора превышение амплитуды импульса достигает десятков-сотен раз над уровнем генерации в непрерывном режиме или в импульсном режиме свободной генерации. Естественно, что средний уровень мощности излучения лазера при введении в оптический резонатор затвора несколько падает из-за вносимых им потерь.
Рост Δn при закрытом затворе ограничен процессами спонтанного излучения с ВЛУ. Поэтому, если период накопления Tн начнет превышать время жизни частиц на верхнем уровне t2, спонтанное излучение с ВЛУ будет возрастать и компенсировать приход новых возбужденных частиц. В результате, при Tн > t2 амплитуда импульса излучения Pmax лазера будет оставаться постоянной, а энергия накачки станет расходоваться впустую. C повышением частоты F = 1/ Tн повторения импульсов уменьшается время накопления возбужденных частиц на ВЛУ. Как следствие падает уровень Δn, достигаемый к моменту открывания затвора, и снижается амплитуда импульса излучения. Соответственно падает и энергия импульсов W = Pmax tи.
Средняя мощность генерации лазера, определяется следующим образом: Р = W F = Pmax tи F. В области средних частот P слабо зависит от F. При малых F, когда Tн > t2 и Pmax ~ const, P растет синхронно с F. На повышенных частотах повторения импульсов P может снижаться за счет падения коэффициента превышения усиления над уровнем потерь в резонаторе.
Электрическая мощность Pнак, потребляемая дуговыми криптоновыми лампами накачки, достигает единиц киловатт. КПД гранатового лазера не превышает 2 … 3%. Поэтому значительная часть Pнак превращается в тепло, отводимое от лампы накачки и АЭ путем интенсивного водяного охлаждения.
Зависимость средней мощности P когерентного излучения ИАГ-лазера от тока разряда I лампы накачки называется его выходной, или энергетической характеристикой. Генерация лазера начинается при токе ЛН, большем некоторого порогового значения Iпор, соответствующего условию компенсации всех видов потерь в оптическом резонаторе усилением в активной среде. При возрастании I выше порогового Р возрастает, так как рост мощности накачки Рнак увеличивает скорость заселения верхнего лазерного уровня, что, в свою очередь, увеличивает мощность когерентного излучения. При дальнейшем повышении I возможны замедление роста мощности излучения и даже ее спад. Объясняется это тем, что при фиксированном расходе воды в системе охлаждения с ростом Рнак увеличивается температура кристалла ИАГ, что изменяет его геометрию и оптические свойства. В частности, неоднородный нагрев АС приводит к вариациям показателя преломления по сечению кристалла и, как следствие, к образованию “термической линзы”. В результате, нарушается ход лучей в ОР и растут потери когерентного излучения. С ростом температуры увеличивается также доля спонтанных и безызлучательных переходов, обедняющих канал индуцированных переходов в АС.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.