Визначити оптичну силу теплової лінзи активного елемента лазера на ітрій-алюмінієвому гранаті, легованому неодимом, неперервної дії

АЕ має розміри: довжину 90мм і діаметр 6мм і збуджується світлом напівпровідникових лазерів з довжиною хвилі l=0,81мкм. Торці АЕ просвітлені і їх коефіцієнт відбиття r =0,005; коефіцієнт шкідливих втрат в АС r_а =0,002см^-1, коефіцієнт відбиття глухого дзеркала r =0,99 Лазер генерує потужність 100Вт.

Для визначення оптичної сили теплової лінзи АЕ необхідно визначити величину теплової потужності Р_а, яка виділяється в ньому, що витікає з виразу (7.3)

. (Д10.1)

Значення теплової потужності Р_а є різниця між потужністю накачки та потужністю випромінювання з верхнього лазерного рівня на нижні рівні ⁴І_15/2, ⁴І_13/2, ⁴І_11/2, ⁴І_9/2. Остання складається з потужності лазерного випромінювання на рівень ⁴І_11/2 та потуж-ності нелазерного випромінювання на всі чотири названі рівні. Нелазерне випромінювання існує тому, що коефіцієнт підсилення в АС під час генерації набуває значення (див.п.3.6). Цьому значенню відповідає певне, не рівне нулю заселення ВЛР. Якщо ж він заселений, то з нього обов’язково будуть переходи на нижні рівні з випромінюванням світла. Взагалі кажучи можна розрахувати частку потужності нелазерного випромінювання на кожний нижній рівень. Але перехід на рівень ⁴І_11/2 найінтенсивніший, тому щоб не ускладнювати задачу приймемо, що всі випромінювальні переходи відбуваються на цей рівень. Крім того приймемо, що переходи з ВЛР на нижні виключно випромінювальні, тобто відсутні релаксаційні переходи. Їх врахування ще більше ускладнило б нашу задачу. При прийнятих нами припущеннях, значення Р_а буде найменшим, отже і оптична сила теплової лінзи також буде найменшою і відповідно фокусна відстань найбільшою.

Запишемо співвідношення для потужності генерації (3.33.2) у вигляді (див.п.3.7.)

.

- є та потужність, яка втрачена через існування порогу лазерної генерації, тобто так заселити ВЛР, щоб створити коефіцієнт підсилення слабкого сигналу . Тому маємо право записати Отже, теплова потужність, котра виділяється в АЕ, є

(10.8)

де h_е=l_нак/l_ген – енергетичний ККД лазера по каналу накачки.

Таким чином, для обчислення Р_а необхідно обчислити сумарну потужність генерації Р_S, для чого потрібно знати k₀, при якій генерується дана потужність лазерного проміння. Скористаємося для цього ф-лою (3.33.2) і вважатимемо, що при даній потужності генерації коефіцієнт радіаційних втрат k_r оптимальний. Тоді, враховуючи вираз (3.34) для оптимального значення k_r, із (3.33.2) одержимо

і значення Р_S в цих умовах

,

r_S визначимо згідно методики, описаної в Д9.

Визначивши k₀ та Р_S і підставивши останню в (Д10.2), одержимо Р_а. і далі із (Д10.1) обчислимо оптичну силу і фокусну відстань теплової лінзи f. Для вихідних даних нашої задачі її оптична сила Ф =1,22 Д (діоптрії), а f =0,82м.

Поиск по сайту: