3. Розрахунок вихідної потужності газових лазерів

Розрахунок вихідної потужності лазерів проводимо з таких міркувань:

1. Лінія підсилення робочої речовини лазера вважається однорідно розширеною.

2. Перевищення підсилення над порогом генерації невелике.

Використовуємо такі параметри:

 – коефіцієнт підсилення, м^-1;

І_s – густина струму потужності насичення, Вт/м²;

L – довжина активного елемента, м;

S₀ – площа поперечного перерізу

T₀ – коефіцієнт пропускання вихідного дзеркала;

_–сумарні втрати на обох дзеркалах.

У газових лазерах зі стаціонарним складом робочої суміші, коли втрати в активному середовищі, зумовлені поглинанням та розсіянням, малі.

Потужність вихідного випромінювання лазера

. (3.1)

Величини ₀, І_s, визначаються типом активної речовини, умовами роботи лазера та методом накачування;₁і₂визначаються робочою довжиною хвилі та технологією виготовлення дзеркал, так для

=0,3…3 мкм _1,210^-3

 > 3 мкм_1,2= 210^—2

При визначенні заданого значення потужності слід використовувати різні набори параметрів Т₀,L,S₀.

Оптимізацію доцільно почати з T₀.

, (3.2)

З формули (3.2) легко знайти.

(3.3)

Підставляючи (3.2) в (3.1), одержимо вираз для вихідної потужності при оптимальній прозорості вихідного дзеркала:

(3.4)

де ,d – діаметр капіляра.

(3.5)

Для оцінки ефективності перетворення енергії доцільно ввести поняття ККД резонатора як відношення вихідної потужності лазера до повного запасу потужності в активному середовищі:

(3.6)

З урахуванням (3.2)

(3.7)

Література

1. W.R. Bennett, Jr. The Physics of Gas Lasers. Gordon and breach, New York London Paris. – 1977, 214 P.

2. Witlof Brunner, Klaus Junge, Справочник по лазерной технике: Пер. С нем. М.: Энерrоатомиздат, – 1991, 544 С.

3. William S. C. Chang, Principles of lasers and optics, Cambridge University Press – 2005, 247 P.

4. Mark Csele, Fundamentals of light sources and lasers, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey. – 2004, 344 P.

5. William T. Silfvast Laser fundamentals second edition Cambridge University Press. – 2004, 642 P.

6. William T. Silfvast, Laser Fundamentals - Cambridge University Press: UK, 2-nd ed. - 2004, 642 Р.

7. Verdeyen, Joseph Thomas, Laser electronics - Prentice Hall Englewood Cliffs: New Jersey, USA, 3rd ed. - 1995, 778 Р.

8. Orazio Svelto, Principles of Lasers, Translated from Italian and edited by David C. Hanna. - Springer Science+Business Media, Inc.: New York, USA, 4-th ed. - 1998, 605 P.

9. Пихтин А.Н., Оптическая и квантовая электроника: Учеб. для вузов – М: Высш. шк., 2001. – 573. с.

Завдання №1 на розрахунок газового лазера

(номер варіанта відповідає останній цифрі номера залікової книжки)

Номер варіанта	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Модовий склад	ТЕМ00	ТЕМ10	ТЕМ11	ТЕМ21	ТЕМ22	ТЕМ32	ТЕМ33	ТЕМ43	ТЕМ44	ТЕМ12
Тип лазера	Н2	Ar+	KrF	He–Cu	He–Cd+	H2O	CO2	Xe	CO	He–Ne
Радіуси кривизни дзеркал резонатора, м	10 15	5 5	1,5 1,5	5 10	7 	20 5	2 2	7 7	7 12	8 
Довжина резонатора, м	1,25	1,3	1,5	1,4	1,8	1,75	0,48	0,6	0,5	0,48
Коефіцієнт сумарних втрат	0,03	0,04	0,032	0,035	0,04	0,045	0,041	0,043	0,031	0,046

ПЛАН РОЗРАХУНКУ

1. Навести енергетичну діаграму газового лазера та пояснити принцип роботи.

2. Навести функціональну схему газового лазера.

3. Вказати особливості газових активних середовищ.

4. Пояснити характер лінії підсилення в газових середовищах, причини утворення дірок Беннета та провалів Лемба.

5. Дати характеристику резонаторів та навести діаграму стійкості.

6. Розрахувати такі конструктивні параметри лазера:

а) діаметр кювети d_k;

б) довжина кювети l_k;

в) діаметр дзеркала резонатора a;

г) відстань від торців кювети до дзеркала p.

7. Розрахувати такі просторові та спектральні характеристики лазерного випромінювання:

а) ширина спектральної лінії випромінювання лазера;

б) ширина спектральної лінії, поширеної за рахунок ефекту Допплера;

в) контур допплерівської розширеної лінії;

г) відстань між двома сусідніми резонансними максимумами;

д) коефіцієнт підсилення робочого переходу;

е) розбіжність лазерного випромінювання.

8. Розрахувати енергетичні параметри лазера (потужність, ККД).

9. Навести фізико-технічні параметри комерційних лазерів.

10. Нарисувати схему випромінювача газового лазера.

16