2015-05-10
348
В рамках численного решения задачи рассматривается протекание во времени генерации света. Лазеры отличаются по типу рабочих сред - этим различается схема их устройства и назначение во всевозможных практических применениях. Параметры свободного свечения могут сильно отличаться для разных лазеров в силу различия сред, диапазона излучаемых частот и рабочих схем. В зависимости от набора технических параметров лазерной схемы (значениям которых соответствуют такие коэффициенты модели (1) как t, t 1 и a), как уже указывалось, переходный процесс характеризуется серией осцилляций интенсивности с разным периодом и временем релаксации (затухания) – от десятков микросекунд до наносекунд. Осцилляции носят затухающий характер – по мере снижения амплитуды и контраста колебаний интенсивность достигает определённого стационарного уровня. Для некоторых типов лазеров характерен даже апериодический переход к установившемуся режиму излучения. Выраженный и контрастный характер отдельных пульсаций осцилляторная структура свободного режима носит в случае высоких значений отношения t 1 / t (порядка 104 и выше) при относительно невысоком превышении порогового уровня усиления (до 10%) – величин, присущих, например, лазерам на люминесцентных кристаллах.
|
|
|
Основным заданием, выполняемым в ходе работы, является построение зависимости I (t) для разных типов лазеров с помощью прикладной компьютерной программы PrSelf_3. Качественно вид зависимости I (t) должен представлять переход к стационарному режиму, подобный изображенному в диалоговом окне программы PrSelf_3 (рисунок 8, а). В начале построения зависимостей в ячейках для переменных следует установить такие значения, как на рисунке 8, а и не изменять их, за исключением двух ячеек - tau1/tau и аlpha (в случае невозможности реализации расчёта и получения предупреждения – поступить так, как указано в правилах обращения с программой, изменив содержимое ячейки количество точек). При введенном значении фиксированного параметра tau1/tau, который вычисляется по заданным t, t 1 (разным для четырех типов лазеров и указанных в таблице 1) построение повторяется для нарастающих значений параметра накачки аlpha (всего ¾ 7-8 значений).
| Таблица 1 - | ||||
| активная среда | рубин | алюмо-иттрие-вый гранат (Nd:YAG) | смесь He-Ne | AlGaAs (полупроводник) |
| длина волны, м | 6.94×10-7 | 1.06×10-6 | 6.33×10-7 | 8.80×10-7 |
| параметр t, c | 1×10-9 | 2×10-9 | 2×10-8 | 5×10-12 |
| параметр t1, c | 1×10-4 | 1×10-5 | 1×10-7 | 1×10-9 |
| диапазон a | 1.025…1.050 | 1.050…1.150 | 1.010…1.080 | 1.05…1.50 |
| точность (не менее) |
Для каждого из вариантов надо измерить и занести в таблицу величину установившейся интенсивности I ст и примерный момент времени D t ст, за который она стабилизируется. Для этого курсор (в окне программы - в виде стрелки) устанавливают и острием стрелки ведут вдоль кривой. Ниже графика в окне программы при этом движении непрерывно изменяются два числа ¾ соответственно время и значение интенсивности. Как только интенсивность перестаёт заметно меняться, следует считать, что стационарный режим достигнут. По данным таблицы 2 для каждого типа лазеров строится график зависимости стационарного уровня интенсивности излучения и характерного времени его достижения (времени стабилизации D t ст) от уровня накачки a.
|
|
|
| Таблица 2 - | |||||||||||
| Лазер на рубине | Nd:YAG - лазер | He-Ne - лазер | AlGaAs - лазер | ||||||||
| a 1 | I ст | D t ст | a 1 | I ст | D t ст | a 1 | I ст | D t ст | a 1 | I ст | D t ст |
| a 2 | a 2 | a 2 | a 2 | ||||||||
| … | … | … | … | … | … | … | … | … | … | … | … |
Контрольные вопросы
1 Какое физическое явление лежит в основе эффекта усиления света?
2 Назвать основные элементы устройства лазера.
3 Почему в двухуровневой энергетической схеме активной среды невозможно создание инверсной заселённости?
4 Пояснить различия в системах накачки и принципах создания инверсной заселённости в активных средах лазеров на рубине и на смеси He - Ne.
5 Объяснить роль открытого резонатора в схеме лазера.
6 Каковы основные условия старта генерации лазера? Что понимают под пороговым уровнем усиления?
7 Что понимают под режимом свободной генерации лазера?
8 Охарактеризовать основные свойства лазерного излучения.
