4.4.3. Оптимальное выходное зеркало непрерывных лазеров

Выходная мощность лазера зависит от коэффициента отражения выходного зеркала

, (4.49)

где Т_вых — коэффициент пропускания выходного зеркала.

Существует , при котором выходная мощность лазера максимальна для заданной мощности накачки и остальных параметрах лазера.

Существует несколько методик определения и . Теоретические методы через параметры активной среды достаточно сложны. Наиболее простой метод предполагает экспериментальные определения значения пороговой энергии накачки для данной активной среды, т.е. минимальный световой мощности, обеспечивающей заданную концентрацию (степень) инверсной заселенности.

При заданной энергии накачки Р_н и коэффициенте внутренних потерь

, (4.50)

где . (4.51)

Основная проблема, сложность точного определения (экспериментально ).

Вышеприведенные выкладки верны при условии, что лишь одно из зеркал О.О.Р. является выходным, все остальные обеспечивают 100% отражение (без потерь).

В учебной литературе часто приводится кривая зависимости выходной мощности лазера от значения коэффициента отражения пропускания выходного зеркала, которая имеет вид:

Рисунок 4. . Зависимость выходной мощности лазера от коэффициента пропускания выходного зеркала.

Кривая имеет достаточно широкий и пологий локальный максимум. Поэтому небольшие отклонения от оптимального значения не приводит к заметному снижению мощности лазера. Учитывая это обстоятельство, часто используют аналитическое выражения для

, (4.52)

которое используется для вычисления .

Оценка оптимального выходного зеркала импульсных лазеров несколько сложнее, поскольку необходимо дополнительно учитывать соотношение между длительностью импульса накачки и длительностью излучения .

4.4.4. РЕКОМЕНДУЕМЫЙ ПОРЯДОК РАСЧЕТА РАЗМЕРОВ АКТИВНОГО ЭЛЕМЕНТА И О.О.Р.

Перед расчетом обычно заданы:

— длина волны излучения;

— выходная мощность О.К.Г.;

— режим работы О.К.Г.;

— тип активной среды и способ накачки;

— параметры , , , или их зависимость от внешних условий.

1. Исходя из условий накачки, удельной энергии определяют объем активной среды

. (4.53)

2. Из конструктивных и технологических соображений определяем размеры активной среды. Например, задается , и определяем . Округляем до ближайшего стандартного значения.

3. Задаемся длиной резонатора из условия и вычисляем коэффициент пассивных потерь .

4. Оцениваем оптимальное значение коэффициента измерительных потерь

5. Рассчитываем параметры зеркал и .

6. Оцениваем предельные параметры среды и проверяем условия наличия гиерации.

7. Рассчитываем увеличение резонатора из условия

. (4.54)

8. Определяем радиусы кривизны зеркал из условия

9. Оцениваем коэффициент излучения потерь оптики

.

10. Оцениваем оптимальный коэффициент отражения выходного зеркала

.

11. Задаемся величиной потерь на 1-ом зеркале (из конструктивных и технологических соображений) и оцениваем суммарные потери в резонаторе

.

12. Рассчитываем пороговый коэффициент усиления среды

; .

13. Оцениваем максимальный диаметр (толщину) активного элемента, исходя из условия примич. Накачки

.

14. Проверяем условие минимальной длины стержня (активного элемента), исходя из условия генерации

,

если хотя бы одно из условий не выполняется, расчет слагаем.

15. Оцениваем к.п.д. резонатора

.

16. Рассчитываются размеры пучка внутри О.Р.

Таблица 4.1

Основные характеристики твердотельных активных сред

Показатель	Рубин	ИАГ:Nd	Ст:Nd
, мкм	0,69	1,064	1,064
,	-10	-10-30	-10
,	1,4	1,2	1,2
		1,82
	<2,0	10	6
	0,7	0,5	0,4

, — коэффициент поглощения излучения накачки;

— коэффициент поглощения собственного излучения.

Далее переходим к конструированию зеркал.

Для полного формирования излучения площади зеркал должны быть большие площади излучения на их поверхностях.