7. Модулювання імпульсної енергії випромінювання рубінового лазеру, який працює в режимі вільної генерації

Відносна інверсна населеність рівнів в процесі генерації коливається навколо середнього значення, яке відповідає пороговому рівню.

На основі цього можна записати, що загальне число індукованих переходів за час накачки в одиниці об’єму активного елемента:

(48)

Енергія, яка виділяється в резонаторі:

(49)

де:

– похідна відносної інверсної населеності по енергії накачки при значенні енергії накачки, яка відповідає пороговому рівню.

Для визначення значення похідної запишемо (12) у виді:

(50)

де - визначається по формулі (37).

Після диференціювання отримаємо:

(51)

Підставивши (52) в (51):

(52)

Отримаємо після підстановки:

(53)

Енергія, яка виділяється в резонаторі з урахуванням формул (41), (52) та (53)

(54)

По значенню енергетичного коефіцієнту зв’язку В, можна отримати вихідну енергію випромінювання:

(55)

В розглядуваному випадку енергетичний коефіцієнт зв’язку із формули (9) при має вид:

(56)

Звідси:

(57)

Тоді, остаточна формула для оцінки вихідної енергії генерації випромінювання рубінового лазера в режимі вільної генерації має вигляд:

(58)

де:

(59)

і порогова енергія накачки буде:

(60)

8. Приклад розрахунку пунктів 3.4 - 3.5 завдання

1. Визначення коефіцієнта втрат на випромінювання при закритому затворі.

Коефіцієнт відбивання торця активного елемента обчислюється по формулі

(1)

Коефіцієнт відбивання від попередньої грані перемикача добротності обчислюється по формулі (19):

(2)

Коефіцієнт відбивання вихідного дзеркала з урахуванням інтерференційних явищ обчислюється по формулі :

(3)

Коефіцієнт відбивання обчислюється по формулі :

(4)

Витрати на випромінювання розраховуються по формулі:

(5)

2. Визначення коефіцієнту втрат на випромінювання при відкритому затворі :

(6)

3. Розрахунок пасивних втрат в резонаторі. Пасивні втрати, які визвані лінзовими ефектами в активному елементі розраховуються по формулі :

(7)

Втрати, які зумовлені поглинанням в активному елементі:

(8)

Пасивні втрати в резонаторі:

(9)

4. Повні втрати в резонаторі при закритому затворі

(10)

5. Корисні втрати в резонаторі при відкритому затворі

(11)

6. Визначення відхилення максимальної відносної інверсної населеності до мінімальної.

Визначення між повними витратами в закритому резонаторі:

(12)

По графіку знаходимо (рис.2):

(13)

7. Визначення граничного коефіцієнту підсилення підсилення.

Концентрація активатора

(14)

Звідси:

(15)

8.Максимальна відносна інверсна населеність

(16)

9. Мінімальна відносна інверсна населеність

(17)

10. Визначення коефіцієнта Н по формулі

(18)

11. Визначення максимальної відносної інверсної населеності рівней периферійної частини активного елемента

(19)

Коефіцієнт при рідкому охолодженні для

0.655	0.201	0.023	0.0685	0.86

Тоді

(20)

Знаходимо

(21)

12. Ефективна площа генерації активного елемента знаходиться по формулі:

(22)

13. Енергетичний коефіцієнт зв’язку між вихідною енергією імпульса випромінювання і повною енергією, яка виділяється в резонаторі.

(23)

14. Вихідна енергія

(24)

15. Визначення порогової енергії накачки

(25)

Фактор зв’язку

(26)

Порогова енергія дорівнює:

(27)

По формулам визначаємо тривалість імпульсу генерації і середню за імпульс потужність випромінювання.

Тривалість імпульсу генерації:

Де - швидкість розповсюдження світла в рубіні

(28)

Потужність буде рівною

(29)

ЛІТЕРАТУРА

1. Пихтин А.Н. Физические основы квантовой электроники и оптоэлектроники. Уч. Пособие. – М.: Высшая школа, 1983. – 304 с.

2. Квантовая электроника. Маленькая энциклопендия /Под ред. М.Е.Жаботинского: М., Советская энциклопедия, 1969. – 432 с.

3. Гладишев Г. І. Квантова електроніка. – К.: Техніка, 1966. – 84 с.

4. Звелто О.Принципы лазеров. – М:Мир, 1990. – 560 с.

5. Ю.В. Байбородин Основы лазерной техники. –К.: Высшая школа, 1988.-383 с.

6. Малышев В.А. Основы квантовой электроники и лазерной техники.- М.: Высшая школа, 2005. – 543 с.

7. Карлов Н.В. Лекции по квантовой электроники – М.:Наука, 1988. – 319 с.

8. Страховский Г. М., Успенская А. В. Основы квантовой электроники. – М.: Высшая школ, 1979. – 303 с.

2