2.1 Розрахунок енергетичних характеристик рубінового лазера

Розрахувати вихудну енергію випромінювання та порогову енергію накачки твердотілого лазера на рубіні, який працює в режимі вільної генерації. Енергію накачки вибрати з умови .

При розрахунку прийняти:

Вхідні дані (8 варіант):

= 9,5 см; = 0,52 см; = 9,1 см; = 25 см;

= 0,037;

= 2,8·10^-20 см²

= 0,3;

= 0,28; = 0,87;

= 0,393;

= 0,559.

1. Визначення коефіцієнта втрат на випромінювання при закритому затворі. Коефіцієнт відбивання торця активного елемента обчислюється по формулі:

.

(2.14)

Коефіцієнт відбивання від попередньої грані перемикача добротності обчислюється по формулі:

.

(2.15)

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

.

(2.16)

Коефіцієнт відбивання обчислюється по формулі:

.

(2.17)

Витрати на випромінювання розраховуються по формулі:

.

(2.18)

2. Визначення коефіцієнту втрат на випромінювання при відкритому затворі:

.

(2.19)

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

.

(2.20)

Втрати, які зумовлені поглинанням в активному елементі:

.

(2.21)

Пасивні втрати в резонаторі:

.

(2.22)

4. Повні втрати в резонаторі при закритому затворі:

.

(2.23)

5. Корисні втрати в резонаторі при відкритому затворі:

.

(2.24)

6. Визначення відхилення максимальної відносної інверсної населеності до мінімальної.

Визначення між повними витратами в закритому резонаторі:

.

(2.25)

По графіку знаходимо (рис. 2.3):

Рисунок 2.2 – Визначення мінімальної відносної інверсної населеності

; .

(2.26)

7. Визначення граничного коефіцієнту підсилення підсилення.

Концентрація активатора:

.

(2.27)

Звідси:

.

(2.28)

8. Максимальна відносна інверсна населеність:

.

(2.29)

9. Мінімальна відносна інверсна населеність:

.

(2.30)

10. Визначення коефіцієнта Н по формулі:

.

(2.31)

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

(2.32)

Коефіцієнт при рідкому охолодженні для знаходиться за допомогою коефіцієнтів з таблиці 2.1

Таблиця 2.1 – Значення коефіцієнтів

0.655	0.201	0.023	0.0685	0.86

(2.33)

Тоді

.

(2.34)

Знаходимо :

.

12. Ефективна площа генерації активного елемента знаходиться по формулі:

(2.35)

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

(2.36)

14. Вихідна енергія:

(2.37)

15. Визначення порогової енергії накачки

.

(2.38)

Фактор зв’язку:

.

(2.39)

Порогова енергія дорівнює:

(2.40)

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

Тривалість імпульсу генерації:

,

(2.41)

де - швидкість розповсюдження світла в рубіні.

Потужність буде рівною:

.

(2.42)

Висновки

1. Під час виконання роботи ми зрозуміли, що при використанні електричних та оптомеханічних затворів, тобто при активному включенні втрат резонатора, вихідна енергія імпульсу випромінювання може бути визначена по тим же формулам, що і для пасивного затвора.

2. Особливістю розрахунків є необхідність визначення відносної інверсної населеності в момент включення добротності резонатора , мінімальної інверсної населеності і коефіцієнт активних втрат .

3. Для визначення в загальному випадку необхідно мати залежність інверсної населеності в активному середовищі від часу включення добротності резонатора при різних рівнях енергії.

4. При розгляді лазера у режимі модульованої добротності варто враховувати всі характеристики, особливо його відсоток втрат, які можуть бути зумовлені поглинанням, іншими втратами, властивостями середовища тощо.

5. Зробивши розрахунки ми отримали такі результати:

Результати роботи можна застосовувати при розрахунках твердотілих лазерів.

Література

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

2. Квантовая электроника. Маленькая энциклопедия /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. Байбородин Ю.В. 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 школа, 1979. – 303 с.