5.2.1. Зависимость средней и импульсной мощности от температуры диодных матриц.
Измерение зависимости мощности от температуры диодных матриц производилось на наименьшей частоте следования импульсов 8 Гц в целях исключения перегрева кристалла YAG-Nd. Результаты измерений приведены в табл. 9.
Табл.9. Результаты измерения выходной мощности лазерного генератора при изменяющейся температуре диодных матриц.
Температура диодных матриц oC |
Средняя мощность лазера, мВт |
Импульсная мощность лазера, Вт |
21 |
288 |
121 |
22 |
289 |
121,4 |
23 |
289 |
121,4 |
24 |
291 |
122,2 |
25 |
296 |
124,3 |
25,4 |
298 |
125,2 |
25,8 |
307 |
128,9 |
25,9 |
310 |
130,2 |
26 |
314 |
131,9 |
26,1 |
316 |
132,7 |
27 |
319 |
134 |
27,2 |
321 |
134,8 |
27,6 |
322 |
135,2 |
28 |
327 |
137,3 |
28,6 |
332 |
139,4 |
29 |
333 |
139,9 |
29,2 |
335 |
140,7 |
29,3 |
336 |
141,1 |
30 |
339 |
142,4 |
30,3 |
340 |
142,8 |
30,5 |
334 |
140,3 |
30,8 |
327 |
137,3 |
31 |
320 |
134,4 |
31,5 |
305 |
128,1 |
32 |
294 |
123,5 |
Замечание: импульсная мощность получена путем косвенного измерения, как произведение средней мощности и скважности выходного сигнала.
Рис.58. Влияние температуры диодных матриц на выходную мощность.
Можно сделать вывод, что диодные матрицы, использовавшиеся в установке, имеют оптимальную температуру работы 30,3±0,1 оС. Также, можно заметить, что избыток температуры более негативно влияет на работу устройства, чем ее недостаток.
5.2.2. Зависимость средней мощности от частоты повторения импульсов накачки.
При испытаниях прибора, мы взяли на себя смелость провести кратковременные измерения выходной мощности генератора на частоте повторения импульсов накачки 64 Гц и даже 128 Гц при отсутствии мощной системы охлаждения кристалла. К сожалению, данные частоты дискретны и определяются особенностями импульсного генератора тока накачки, поэтому снять зависимость мощности от промежуточных значений частоты не удалось. Результаты измерений приведены в табл. 10.
Табл.10. Результаты измерения выходной мощности лазерного генератора при изменении частоты импульсов накачки.
Частота накачки, Гц |
Средняя мощность лазера, мВт |
8 |
336 |
64 |
2140 |
128 |
до 2200 |
Замечание: Перед каждым измерением, температуру диодных матриц устанавливали на значении 29,5 оС для обеспечения температурного запаса при нагреве.
Известно, что выходная мощность должна увеличиваться прямо пропорционально увеличению частоты импульсов накачки при надлежащих условиях охлаждения, но анализ полученных результатов показывает обратное. При увеличении частоты генерации в 8 раз (с 8 Гц до 64 Гц), выходная мощность увеличилась лишь в 6,4 раза и при дальнейшем увеличении частоты еще в 2 раза (с 64 Гц до 128 Гц), выходная мощность не увеличилась вовсе. Необходимо заметить, что при измерении выходной мощности на частоте 128 Гц, стрелка измерителя мощности стремительно достигла отметки ~2200 мВт, а затем начала плавно спускаться вниз. Данный эффект объясняется появлением тепловой линзы при избыточном нагреве квантрона. Тепловая линза представляет собой горячий воздух, коэффициент преломления которого отличается от коэффициента преломления холодного воздуха. Таким образом, нагретый воздух образует оптическую неоднородность внутри резонатора, которая отклоняет лазерный луч и препятствует его дальнейшему усилению.
Можно сделать вывод – недостаточная система охлаждения является главным ограничивающим фактором, определяющим предельную мощность лазерного генератора.