Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
4 year_1.pdf
Скачиваний:
132
Добавлен:
21.03.2016
Размер:
5.23 Mб
Скачать

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ 4 КУРС

1

 

2011-2012

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

2

Оглавление

2

 

........................................................................................

 

 

Подавление отраженного света от обрабатываемого изделия

4

Картина взаимодействия света с веществом...........................

6

 

Условие усиления света.................................................................

8

 

Насыщение усиления усиливающей среды...........................

10

 

Стационарный режим работы однопроходового лазерного усилителя 12

Оптимальное пропускание выходного зеркала лазера.......

14

 

Зависимость выходной мощности от мощности накачки...

16

 

Схемы накачки...............................................................................

 

17

 

Трёхуровневая схема...................................................................

17

 

Четырёхуровневая схема...........................................................

20

 

Методы возбуждение с примерами..........................................

21

 

Лазеры на нейтральных атомах (He-Ne лазер)......................

22

 

Молекулярные газовые лазеры (CO2-лазер)..........................

23

 

Волноводный CO2

лазер...........................................................

27

 

Твердотельные лазеры...............................................................

30

 

Nd:YAG лазеры..............................................................................

 

32

 

Наведённая оптическая неоднородность активного элемента

35

Zigzag Slab Лазер...........................................................................

 

36

 

Накачка излучением диодных лазеров. DPSSLs - лазеры 37

 

Yb дисковый лазер.......................................................................

 

40

 

Поляризационные эффекты при отражении и преломлении света. Формулы

Френеля...........................................................................................

 

42

 

Отражение света при нормальном падении. Просветляющие покрытия и зеркала

лазеров............................................................................................

43

Просветляющие покрытия и зеркала лазеров.......................

44

Отражение волн от неоднородности среды,

в которой они распространяются 45

Угол Брюстера...............................................................................

46

Полное отражение ........................................................................

46

Световоды......................................................................................

48

3

Одномодовые и многомодовые волокна...............................

51

Panda-style оптические волокна................................................

52

Лазеры на стекловолокне...........................................................

52

Управление временной зависимостью лазерного излучения56

Добротность резонатора. Модуляция добротности............

56

Пространственные характеристики лазерного пучка..........

62

ПОДАВЛЕНИЕ ОТРАЖЕННОГО СВЕТА ОТ ОБРАБАТЫВАЕМОГО4 ИЗДЕЛИЯ

Поляризационные эффекты при отражении света используются, например, для подавления излучениялазера, отражающегосяот обрабатываемой детали. Так, при резке или сварке CO лазером часть излучения отражается точно назади через тракт доставки излучения2попадает в лазер. Это отраженное излучение может вызвать нестабильность, как генерируемой мощности, так и модового состава излучения. Ясно, что такая нестабильность пагубно скажется натехнологическом процессе. Более того, Это дополнительное отражение повышает добротность резонатора, что ведёт к росту внутрирезонаторной мощности. Следствием этого фактаможет быть повреждение оптических элементов резонатора или системдоставки излучения. Это явление проявляется особенно сильно при обработке алюминия или меди, когда отражение особенно велико.

Обычно выходящий из CO лазера пучок является плоскополяризованным и проходит через отражательный элемент2 , преобразующий плоскополяризованную). волну вRPRволну(Reflectiveс круговойPhaseполяризациейRetarder) (аналог.пластинки

λ4 Этот тип поляризациитребуется для хорошей резки исварки

детали поляризация пучка остаётся

круговой. Повторное прохождение

через0

элемент

 

даёт волну с

плоскостью поляризации, повёрнутой

на

 

 

RPR

 

 

относительно исходной

плоскости поляризации.

 

90

 

 

 

Рис. Работа RPR зеркала.

 

Для подавления отраженного света используют зеркаласо специальными

поглощающими покрытиями

. Такое зеркало

зеркалос многослойным покрытиемATFR,(Absorbingкоторое поглощаетThin-FilmотраженныйReflector) от детали свет, но отражает свет, идущийот лазера к обрабатываемой детали. Его основа медное

зеркало, полученное алмазнымточением, охлаждаемое с тыльной стороны

потоком воды. Нанегонаносится многослойное покрытие,отражающее «s» -

поляризацию.сТакоеэффективностьюпокрытие может> 98выдержив.5%и поглощающееать пучок мощностью98.5%излучениянесколько«p» -

киловаттпо яризации.

В схеме с подавлением отраженной волны выходящий из CO лазера пучок является плоскополяризованнымс «s» - поляризацией по отношению2 кATFRзеркалу.

5

проходитпреобразующийчерез отражательныплоскополяризованнуюволнуй элемент RPR, в волну с круговой поляризацией. На обратном пути волна снова проходит RPR элемент и преобразуется в плоскополяризованную волну, с плоскостью поляризации, перпендикулярной первоначальной волне. Следовательно,

отраженная волна по отношению к ATFR зеркалустановится излучениемс «p» - .

поляризацией и поглощается покрытием

РисИтак. Схема, RPR зеркалс использованиемработает какпог«пластинкиощающего «p»», тогда- поляризациюкак ATFR зеркалоATFR зеркалавыполняет.

поляризатора. Отметим, что рассмотренная схемаλ 4 совпадает со схемойзатвора лазера, закрывающегоконцевое зеркало.

Рассмотренная схема начинает работать неудовлетворительно, если при отражении света от обрабатываемого изделия происходитсущественная деполяризация излучения, т.е. поляризация отражённойволныне является круговой. От указанного недостаткасвободна схема развязки, использующая фарадеевский вращатель плоскости поляризации.

Принцип работы фарадеевского вращателя плоскости поляризации: вращение плоскости поляризации линейно поляризованного света при его распространении в материальной среде, помещённой в магнитнойполе. При этом,свет распространяется вдоль магнитного поля.

поляризаторовкоторых скрещены, осиподпропусканияуглом и между ними помещён фарадеевский45 вращатель (см. схему).

Второй поляризатор (pol 2) обеспечивает подавление отражённого света с поляризацией, отличной от поляризации прошедшей через него волны.