Главная страница  Принципиальная схема лазера 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [ 10 ] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35]

в растворе, поэтому свет накачки почти полностью поглоща-; ется в слоях, составляющих доли миллиметра.

Для возбуждения растворов органических красителей в импульсном режиме чаще всего используют основные 4acT0Tiii излучения твердотельных лазеров (вторая гармоника рубинового- 0,347 мкм; вторая - 0,530 мкм, третья - 0,353 мкм и четвертая - 0,265 мкм гармоники неодимового лазера), а также излучение импульсных газовых и эксимерных лазеров видимого и ультрафиолетового диапазона.

Лазерная накачка красителей может осуществляться с большой частотой повторения импульсов. При циркуляции раствора, обеспечивающей достаточно быструю смену активной среды в рабочей зоне лазера, частота следования импульсов генерации красителя ограничивается лишь рабочей частотой возбуждающего лазера.

Оптическая эффективность преобразования энергии возбуждающего импульсного лазера в энергию излучения лазера на красителе достигает нескольких десятков процентов. В импульсных лазерах может применяться также аналогично твердотельным лазерам немонохроматическая накачка при помощи газоразрядных импульсных ламп.

Источником непрерывной накачки красителя в большинстве случаев служит аргоновый ионный лазер выходной мощностью в несколько ватт. При этом необходимо обеспечить быструю прокачку рабочего тела через систему накачки и зону генерации.

Основные полосы поглощения молекул перфторпропилио-дидов расположены в видимой и ультрафиолетовой части спектра, поэтому для накачки этих лазеров также используются импульсные газоразрядные лампы.

Главный критерий при выборе осветителя в системах Оптической накачки лазерных активных сред - совпадение полос излучения осветителя с полосами поглощения активной "ды, обеспечивающими заселение верхних лазерных уровней. ,

3.1.2. Оптические схемы систем накачки

Излученная источником накачки световая энергия должна быть с минимальными потерями передана активной среде. • Низкая эффективность использования оптической энергии накачки немонохроматических источников излучения (tih=« =«6... 15%) вместе с невысоким коэффициентом преобра-

зования электрической энергии в световую (у газоразрядных ламп Т1сн~30... 50 %, а у ламп накаливания Псн<10 7о) и потерями в оптических схемах накачки (гсн" = 30 ... 70 %) являются основными факторами, определяющими невысокий (\ммарный КПД лазеров с оптической накачкой (гл = 0,1... .5%).

Выбор оптической схемы накачки зависит от требований, предъявляемых к лазеру в каждом конкретном случае. Наи-



/ г 3


5 2- г)

3 1



Рчс. J7. Схемы систем иакачки твердотельных лазеров: / - активное тело, 2 -лампа накачки, 3 -отражатель

большей простотой отличаются схемы накачки на основе полостных или спиральных ламп. В полостных лампах (рис. 27, а) отражающее покрытие наносится непосредст-

5 Зак. 43



венно на наружную поверхность лампы, а для спиральных ламп требуются специальные осветители, которые выполняются в виде цилиндрического экрана, внутри которого располагается лампа с рабочим телом лазера (рис. 27, б). Использование осветителей с полостными лампами позволяет получить наибольшую концентрацию энергии в активном теле при хорошей равномерности. Охлаждающая жидкость прокачивается в зазоре между внутренней полостью лампы и активной средой, что обеспечивает высокую эффективность охлаждения.

В лазерах с непрерывной генерацией могут применяться сфероконические осветители (рис. 27, в), для которых характерно многократное прохождение света через активную среду. Оптические схемы с осевой симметрией эффективно работают со сравнительно короткими активными, имеющими диаметр на 1 -1,5 мм больше, чем диаметр лампы.

Наиболее широко в твердотельных лазерах применяются осветители, имеющие форму эллиптического цилиндра, у которых лампа расположена параллельно активному телу, причем оси лампы и активной среды лазера совпадают с фокальными осями цилиндра (рис. 27, г). Одноламповые эллиптические цилиндры имеют высокую эффективность (Псн" ~75%). Кроме того, они позволяют раздельно охлаждать лампу и рабочее тело и обеспечивают сравнительно равномерную оптическую накачку активной среды, если ее сечение много меньше поперечных размеров отражателя.

В лазерах с большой выходной энергией применяются рабочие тела в виде стержней, диаметр которых превосходит диаметр лампы накачки. В этом случае для повышения эффективности накачки используют многоламповые оптические схемы. Каждая лампа располагается в фокальных осях эллиптических цилиндров, а на их общей сопряженной фокальной оси размещают рабочее тело (рис. 27, д). Относительная величина энергии, попадающей в активную среду, возрастает по мере увеличения количества ламп, однако общая эффек-, тивность системы снижается. В очень мощных лазерах вы- ходные энергетические параметры определяются стойкостью! материала активной среды, поэтому в таких системах необ- ходимо увеличивать поперечные размеры рабочего тела. Однако увеличение диаметра цилиндрического рабочего тела ограничено неоднородностью накачки, связанной поглощением излучения. Кроме того, в некоторых случаях примене-

ние цилиндрических активных тел нежелательно и-э-за возникающих в них высоких термических напряжений.

Для снижения осевого градиента температуры и повышения выходной энергии без разрушения торца используют дисковые системы (рис. 27, е). В них диски накачиваются со стороны торцевой поверхности и имеют наклон, близкий к углу Брюстера, что снижает потери при отражении и предотвра-ui,aeT возможность паразитной генерации за счет отражения от торцев.

Оптические схемы накачки для жидкостных лазеров с активными ионами редкоземельных металлов те же, что "и для 1вердотельных лазеров (рис. 27). Жидкость заливается в прозрачные кюветы. Возможными конструкционными мате-ниалами для кювет и элементов систем прокачки активной среды являются кварц, стекло и фторопласт. Для систем с спользованием лазерных жидкостей на основе POCU может быть применен также никель. Для исключения самовозбуждения лазеров из-за отражения поверхности окон скапливают относительно оси кюветы. Используются также

юветы с наружными поверхностями окон под углом Брю-

тера.

Особенность накачки лазеров на органических красите-1ЯХ-применение в качестве источников накачки других ла-сров, которые характеризуются высокой направленностью злучения. Наиболее распространены две основные оптиче- кие схемы накачки: поперечная, когда направление возбуждающего излучения перпендикулярно направлению излуче-:ия накачиваемой активной среды органического красителя, продольная, когда оба этих направления совпадают рис. 28. я и 5 соответственно).

Пподольная схема работает наиболее эффективно, если озбуждение проводится через селективное зеркало, хорошо поопускаюп1ее излучение накачки и обладающее высоким коэффициентом отражения в спектральной области генера-чни красителя. Этому требованию удовлетворяет схема с призмой полного внутреннего отражения (рис, 28, б), в которой излучение накачки с незначительными потерями на отражение проходит через призму со стороны ее ребра и слегка сфокусированным пучком попадает в объем активного вещества. Излучение формируется в резонаторе, образованном призмой внутреннего отражения и выходным по- •про.зрачным зеркалом. Такая схема эффективно работает



при любых длинах волн излучения накачки И генерации. Для оптимально подобранных параметров раствора и резонатора энергетическая эффективность продольной и поперечной схемы одинакова. Непрерывная генерация получается в очень тонком . слое красителя, прокачиваемого через некоторый объем.

В схеме с замкнутой системой прокачки (рис. 29, а) излучение непрерывного лазера, проходя через плоское зер-

г i

Накачка

Излучение

Накачка

Иэлучвав

Накачка


Излучение

Рис. 28. Схемы накачки лазеров на органических красителях j

кало резонатора М\ (продольная схема), фокусируется линзой Л] в активной среде. Излучение лазера выводится через полупрозрачное зеркало Мг и формируется линзой Лг. В простой И надежной конструкции (рис. 29, б) кювета с красителем отсутствует, а лазерная генерация происходит в тонкой плоскопараллельной струе раствора, формируемой специальным соплом. Плоскость струи ориентирована под углом Брю-стера к резонатору (Mj, М2), чтобы свести к минимуму отра-

/кение от ее поверхности. Излучение непрерывного аргонового лазера вводится через призму и зеркальную оптическую систему {Мг, Mi).

Оптические схемы накачки фотодиссоционных лазеров включают импульсные лампы и кюветы с газовой активной

Виод

раствора


Излучение

Л, М, Накачка


раствора

Плоскочть струи

Излучение


Струя

жидкости

Рис. 29. Системы накачки непрерывных лазеров на органических красителях

средой. Из них, как правило, образуют несколько усилительных каскадов, позволяющих получить излучение в виде высокоэнергетических очень коротких импульсов.

Наиболее мощным природным источником непрерывного оптического излучения является Солнце, поэтому естественен интерес к возможности использования солнечного света 8 системах оптической накачки, обеспечивающих непрерывный режим работы. Лазерную генерацию от солнечного из-•1учения получают в твердотельных лазерах на ионах Ne, однако заметные значения выходной мощности могут дости-




[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [ 10 ] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35]

0.0221