Министерство образования и науки Украины

Сумский государственный университет

Методические указания

к выполнению курсовой работы

«Расчет энергетических характеристик твердотельного лазера, работающего в режиме модулированной добротности»

по курсу «Квантовая электроника»

для студентов направления подготовки

6.0908 - Бакалавр «Электроника»

Сумы Изд-во СумГУ 2000

Учебное издание

Методические указания

к выполнению курсовой работы

«Расчет энергетических характеристик твердотельного лазера,

работающего в режиме модулированной добротности»

по курсу «Квантовая электроника»

для студентов

направления подготовки бакалавр «Электроника»

Составители: К.А.Пушкарев

А.В.Хоменко

Ответственный за выпуск А.И.Олемской

План 2000 г., поз. Условн.печ.л.

Подп. к печати Формат 60´84 І/16 Уч.-изд. л.

Тираж 150 экз. Заказ № Бесплатно

Себестоимость издания

Изд-во СумГУ. 40007, Сумы, ул. Римского-Корсакова, 2

«Ризоцентр» СумГУ. 40007, Сумы, ул. Р.-Корсакова, 2

содержание

1 Введение..........................................................................................4

2 Цель курсовой работы.....................................................................4

3 Краткие теоретические сведения....................................................4

4 Задания...........................................................................................22

5 Пример выполнения......................................................................24

6 Список литературы........................................................................29

Введение

Курс «Квантовая электроника» является базовым курсом для студентов направления подготовки бакалавр «Электроника». Он дает возможность изучить принцип действия, характеристики и основные процессы в многочисленных квантовых приборах.

Квантовая электроника в настоящее время превратилась в мощный инструмент научного прогресса. Так, развитие лазерной техники привело к созданию квантовых приборов, применение которых в науке, технике, в системах контроля загрязнения окружающей среды, в медицине, в системах записи, хранения и передачи информации трудно переоценить. В связи с этим возрастает необходимость подготовки высококвалифицированных специалистов, способных эксплуатировать и совершенствовать квантовые приборы.

1 Цель курсовой работы

Курсовая работа является самостоятельной работой студента и ставит цель закрепить, углубить и расширить знания, полученные при изучении теоретического курса «Квантовая электроника». При выполнении курсовой работы студент должен приобрести практические навыки по расчету энергетических характеристик лазерного излучения при работе твердотельного лазера.

2 Краткие теоретические сведения

2.1 Метод модуляции добротности резонатора

Для практического использования лазеров необходимо управлять мощностью, пространственным и временным распределением излучения лазеров.

Под модуляцией понимается изменение по заданному закону характеристик лазерного излучения для получения информационного сигнала с определенной временной зависимостью. Модуляцию можно осуществить изменением показателя преломления оптической среды, изменением добротности резонатора, расщеплением или сдвигом рабочих уровней атомов, молекул и т.д. [1].

Метод управления добротностью резонатора для увеличения типовой мощности лазерного излучения был предложен Р.Х.Хелавортом в 1962 г. [2]. Суть этого метода сводится к созданию большой перенаселенности атомов на метастабильном уровне. Накачка активного вещества лазера производится при больших потерях мод резонатора, что достигается путем перекрытия зеркал. Известно, что индуцированное излучение возникает при условии самовозбуждения, т.е. при такой накачке, когда усиление в активном веществе за один проход энергии компенсирует возможные потери. Чем больше потери, тем выше порог генерации и тем больше должна быть энергия накачки. В момент следования заданного импульса накачки управление интенсивностью излучения достигается искусственным уменьшением добротности резонатора путем мгновенного включения дополнительных потерь. В результате этого условие самовозбуждения не выполняется. В определенный момент цикла накачки, когда потери быстро уменьшаются за счет открывания резонатора, возбужденные атомы, переходя на нижний уровень, излучают мощный короткий импульс. Получаемый импульс из-за огромной пиковой мощности излучения, порой достигающей единиц гигават, назван гигантским, а метод повышения пиковой мощности - модуляцией добротности резонатора лазера.

Известны различные типы переключателей добротности: оптико-механические, электрооптические, пассивные (фототропные) и акустооптические.

Рассмотрим пассивные методы управления добротностью резонатора лазера [2]. Фототропные затворы основаны на использовании резонансно-поглощающих веществ, прозрачность которых меняется под действием лучистой энергии. Применение таких веществ в качестве светозатвора в генераторе, работающем в режиме получения гигантский импульсов, значительно упрощает его конструкцию, т.к. при этом отпадает необходимость в сплошных электронных и синхронизирующих системах.

Резонансное поглощение, используемое для формирования и управления индуцированным излучением, свойственно многим кристаллам, наибольший практический интерес из которых представляют растворы фталоционина.

Фототропный затвор представляет собой кварцевую кювету с раствором фталоционина, помещенного в корпус из титанового сплава (рис.2.1). Параллельность входного и выходного окон кюветы должна составлять 25 - 30². Компенсационное резиновое кольцо должно обеспечивать надежную герметизацию и не приводить к образованию линзы из входных и выходных окон фототропного затвора. При юстировке лазера в целом фототропный затвор устанавливают таким образом, чтобы блики от входных окон не попадали в генерационный канал.