Диодная накачка твердотельных лазеров

Достоинства:

1. Это селективная накачка в одной из линий поглощения среды

2. Практически 100% преобразование (КПД) излучения накачки в энергию, запасенную в активной среде, за исключением стоксовых потерь

3. Малый нагрев активного элемента

4. Высокая наработка (> 10⁴ ч в непрерывном режиме, > 10⁹ в импульсном)

5. Низкие затраты на эксплуатацию лазера

6. Низковольтное питание

7. Малые габариты

8. Во многих режимах отсутствует водное охлаждение

Недостатки:

1. В определенных системах (нужна, высока энергия) не хватает мощности

2. Дорогостоящая

Ширина спектра ~4нм. Длина излучения зависит от температуры. Примерно 0,25 нм/⁰С, то есть смещение в длинноволновую область спектра

3. вопрос теплостабильности (дорого)

Накачка активной среды

1. Продольная

2. Поперечная

сторонняя накачка

1) Продольная

Длина большая, все поглощает, следовательно высокая величина преобразования

Как подать излучение из полос в волокно?

Лазеры на тонких системах

Энергетический баланс Nd-лазера

Наводится двулучепреломление (теплонаведенное) следовательно, происходит деполяризация. Преобразование лучистой энергии в тепловую, происходит практически мгновенно, по сравнению с теплопроводностью между уч. ср. и теплообмен. с др.

Время установления стационарного теплового режима и время тепловой релаксации к исходному состоянию может изменятся в широких пределах в зависимости от геометрии элемента, теплофизических свойств материала, из которых он изготовлен и эффективности охлаждения.

Далее устанавливается стационарный режим.

–изменение Т в произвольном участке АС

- время импульса накачки

- удельная мощность тепловыделения

- удельная теплоемкость,

- удельная теплоемкость

– температуропроводность

– коэффициент теплопроводности, , в зависит от свойств охлаждаемой среды, геометрических размеров, формы сечения, режима течения (турбулентный, переходный...)

При охлаждении:

Газовым потоком

Жидкостью

– характеризует интенсивность теплообмена АЭ с окружающей средой

– время протекания процессов (Фурье)

- мощность тепловыделения

Допущения:

1. При равномерном тепловыделении

2. Длинна АЭ много больше поперечного сечения

3. Равномерное охлаждение по боковой поверхности при равномерном тепловыделении

Это называется пол. Решение уравнения теплопроводности

Материал	Т, К
Рубин	300 200 65	3,99 - -	0,779 0,510 0,045	45 80 1040
Стекло: Nd	300	2,95	0,795	0,82
Гранат: Nd	300	4,2	0,535	12,6

Установившаяся в активном элементе неоднородное температурное поле вызывает появление механически напряжений. Ориентация двух главных осей тензора напряжений

– коэффициент линейного температурного расширения

- коэффициент Пуассона

E – модуль Юнга

– средняя температура по сечению активного элемента

- средняя температура в текущей точки

При наличии напряжений показатель преломления с ориентацией R_e и Rp имеем двулучепреломление (термонагрев)

W,P,Q - термооптические характеристики вещества

С₁ и С₂ – термоактивные постоянные

W – характеристика, которая определяет изменение оптического пути в оптической детали

– перепад температуры между центром и краем активного элемента, не зависит от эффективноси охлаждения

Разность хода для двух поляризаций:

max – на боковой поверхности

min – в центре активного элемента

Напряжения приводят к разрушению элемента

силикатное стекло: - предельное напряжение

Для типичного силикатного стекла:

При таких параметрах предельный перепад температур 70-90К.

Для активного элемента в форме цилиндра в оболочке:

1. Увеличивается плотность накачке

2. Уменьшается её неоднородность

3. Уменьшается уровень шума

При температура ядра:

При температура оболочки:

При оболочка приводит к снижению температуры и max эффект реализуется при

АИГ: Nd

- мощность теплоотвода

- объем АЭ