Розрахувати резонатор, розумно обгрунтованих розмірів, та оптичну схему вводу його лазерного пучка в оптоволокно і виводу із нього, а також схему фокусування на деталь

В роботі виконати наступне:

-розрахувати параметри резонатора та розміри АЕ і сформованого в ньому пучка, а також схему ввода пучка в оптоволокно;

-розрахувати оптичну систему виводу пучка із оптоволокна і його фокусування на деталь з діаметром сфокусованого пучка 0,4мм.

В лазерному резонаторі встановлено один квантрон, який генерує потужність Р_ген=250 Вт при k₀=0,085 см^-1. Торці АЕ просвітлені. Коефіцієнти відбиття торців r=0,005, глухого дзеркала r=0,99, шкідливих втрат в АС r_а =0,002см^-1. При роботі лазера АЕ спотворюється в лінзу з F=0,4м. Діаметр серцевини оптоволокна рівний d_св =0,3мм, а його числова апертура A_N=0,25.

Спочатку визначимо сталу перетворення лазерного пучка, який може пропустити без істотних втрат дане світловолокно. Оскільки діаметр світлового пучка на вході в світловолокно ≤0,7 d_св, а кут збіжності сфокусованого пучка не більше числової апертури світловолокна, то

Q_pl≤ 0,7× r_св A_N»0,025=25мм×мрад.

Скористуємося ф-лою (7.8.1) для вибору параметрів АЕ і резонатора. Щоб працювати в області таких режимів, коли параметри лазерного пучка мало чутливі до зміни оптичної сили теплової лінзи АЕ і в той же час, щоб довжина резонатора мала розумну довжину, виберемо значення g=0,7. Тоді діюча довжина резонатора буде 2 L =2 gf =0,56м. Із ф-ли (7.8.1) визначимо радіус АЕ:

»3,8мм.

Для розрахунків візьмемо а =3,5мм.

Довжину АЕ виберемо з даних по потужності лазерного пучка. Його мінімальний об’єм, як відомо, буде V_мін= Р_ген/s_ген=3,6см³, мінімальна довжина»9,3см. Реальна довжина АЕ повинна бути більшою, оскільки в цих розра-хунках не враховано втрати на поріг генерації. Приймемо, що довжина АЕ l_АЕ =15см і реальна відстань між дзеркалами резонатора становитиме 630мм; що є цілком розумним. Розрахунок потужності генерації згідно описаних в інших Додатках методик, дає значення Р_ген=265Вт. Отже, довжину АЕ вибрано правильно.

Лазерний пучок, що сформується в цьому резонаторі, необхідно сфокусувати на вхідний торець світловода так, щоб діаметр його горловини і кут збіжності задовольняли вище сформульованим умовам. Оскільки вимоги досить жорсткі, застосуємо для фокусування виправлений на сферичну аберацію об’єктив і встановимо його на відстані d₁ =100мм від вихідного дзеркала резонатора. Така відстань потрібна для зручного доступу до засобів юстування вихідного дзеркала і інших маніпуляцій при обслуговуванні лазера та системи його фокусування в торець світловолокна. Оскільки вона не є критичною, тому вибирати її можна такою, яка повинна задовольняти певні вимоги.

Фокусну відстань f_o ввідного об’єктиву визначимо з умови, що кут збіжності сфокусованого пучка повинен бути меншим числової апертури світловолокна. Оскільки відстань горловини сфокусованого пучка d₂ від об’єктива приблизно рівна f_o, то справедливим буде співвідношення

, (10.9)

де w_pl(z=d₁) радіус пучка на відстані d₁, який розрахуємо за допомогою (7.5), (4.4), (4.26) та (7.6.1). Обчислення дає, що w_pl(z=d₁)»3мм і з (10.9) витікає що f_o ³12мм. Для подальших обчислень візьмемо значення f_o =15мм.

Діаметр горловини сфокусованого пучка визначимо з його конфокального параметра, скористувавшись (4.21), (4.26) і (7.6.1), і одержимо »0,22мм, що становить приблизно 0,72 d_св.

Відомо (див.(4.20)), що кут розбіжності пучка θ на виході із світловода майже рівний куту збіжності при введенні його у світловод, тобто θ»0,2рад. Отже, колімаційну лінзу (див.(4.20.3)), можна вибрати з будь яким значенням фокусної відстані, а її діаметр D_к>2 θf_к. Вихідний торець світловода розміщується у фокальній площині колімаційної лінзи, або трохи далі від неї, внаслідок чого після неї йде пучок або паралельний, або трохи збіжний. Фокусну відстань фокусувальної лінзи вибирають згідно вимоги до діаметра горловини світлового пучка на опромінюваній поверхні деталі d_f і для цього користуються відомим співвідношенням d_f = d_свf_ф/f_к. Наприклад, якщо колімаційна лінза має фокусну відстань f_к =20мм і діаметр D_к=10мм, то фокусувальна лінза матиме той же діаметр, а фокусну відстань f_ф»27мм.

Поиск по сайту: