5.2.3. Определение расходимости лазерного пучка.
Измерения расходимости лазерного пучка мы производили с помощью фотобумаги. Экран из фотобумаги помещался перпендикулярно лазерному лучу на расстоянии 5см от выходного зеркала резонатора, затем мы включали лазерный генератор, который оставлял на фотобумаге след определенного размера. Эти же измерения мы производили на расстоянии 115 см и 200см.
Далее производится геометрический расчет угла расходимости по формуле:
θ=2∙α=2∙x∙L мрад,
пояснение к формуле приведено на рис.59.
Рис.59. К пояснению расчета расходимости.
Табл.11. Результаты измерений.
Расстояние до экрана, см |
Размер пятна, см х см (высота х ширина) |
Апертура угла расходимости, мрад |
5 |
0,3 х 0,3 |
- |
115 |
0,65 х 0,65 |
3 |
200 |
1,0 х 0,9 |
3 – 3,5 |
Пятно, оставленное на фотобумаге, при измерении расходимости на расстоянии 200 см имело форму прямоугольника, а не квадрата, как во всех остальных случаях. Это указывает на присутствие дифракционной расходимости пучка вследствие неидеальной юстировки зеркал резонатора.
5.2.4. Определение длительности импульса генерации.
Длительность генерации мы измеряли с помощью активного высокочувствительного p-i-n-фотодиода, подключенного к осциллографу.
На рисунке 60 изображена фотография полученной осциллограммы.
Рис.60. Осциллограмма лазерного импульса.
Длительность импульса равна ~330 мкс. На первой половине осциллограммы хорошо виден экспоненциальный процесс возникновения генерации.
5.2.5. Выводы из экспериментальной части.
В задании к дипломному проектированию указаны необходимые характеристики лазерного генератора:
- средняя выходная мощность 50 – 100 Вт;
- длительность импульса излучения 100 – 350 мкс;
- расходимость излучения ~ 5 мрад;
- кпд ~ 15%.
Сравним полученные экспериментальные данные с данными, заявленными в задании:
- Максимальная средняя мощность, полученная на частоте 8 Гц равна 340 мВт, это значит, что при надлежащей системе охлаждения при увеличении частоты генерации до 100 Гц (в 125 раз), средняя выходная мощность лазерного генератора будет ~42,5 Вт. Результат оказался таким низким вследствие того, что диодные матрицы, использовавшиеся нами отработали свой ресурс и их мощность значительно понизилась (примерно на 40%). Ввиду того, что диодные матрицы являются самым дорогостоящим элементом лазерного генератора, мы не стали менять их в эскизной конструкции.
- Длительность импульса излучения определяется длительностью импульса накачки и равна ~330 мкс, что удовлетворяет условиям проектирования.
- Расходимость излучения равна 3-3,5 мрад, что является очень хорошим результатом и удовлетворяет поставленной задаче проектирования.
- Определим КПД системы как отношение затраченной энергии диодных матриц для создания одного импульса накачки к полезной оптической энергии одного импульса лазерной генерации.
Е = Р ∙ t ,
где Р – мощность, t – время, Е – энергия.
η = Еlaser /Еp ,
где Ep – энергия накачки, Еlaser – энергия излучения.
Принимая во внимание тот факт, что мощность диодных матриц упала на 40%, получаем импульсную мощность накачки Pр = 960 Вт.
Теперь определим величину tlaser. Из рис.59. видно, что длительность импульса генерации равна ~330 мкс, но совершенно очевидно, что мощность генерации непостоянна по времени импульса. Приводя мощность импульса генерации постоянной по времени импульса и равной ее установившемуся (максимальному) значению, можно считать, что tlaser=300 мкс.
Таким образом:
=
0,1275 = 12,8 %
Полученный КПД вполне удовлетворяет заданию.