ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Общий баланс энергии возбуждения и излучения генерации из "Оптические резонаторы и лазерные пучки " Учтем еще происходящие в том же единичном объеме процессы нерезонансного ( неактивного ) поглощения лазерного излучения ка примесях. Число этих процессов в единицу времени равно Ioq, где Oq — коэффициент вредных потерь (иногда играют заметную роль также потери иного происхождения, например за счет остаточного поглощения в зеркалах однако в расчетах их можно, как правило, считать рассредоточенными по всей длине и ввести соответствующую поправку в Qq). [c.189] Если мощность накачки и плотность лазерного излучения распределены по объему активной среды не слишком неравномерно, формула (3.17) дает оценку тах всего устройства в целом. Отметим, что достижимая эффективность преобразования энергии определяется только характеристиками возбужденной среды (а именно отношением kyjoo) и не зависит даже от того, в генераторной или усилительной схеме эта среда используется. Необходимо только при любой схеме лазерного устройства обеспечить оптимальную плотность генерируемого или усиливаемого излучения. [c.190] Отметим, что, используя данные предыдущего параграфа, можно было бы получить не только этот результат, но и рассчитать необходимую величину потерь на излучение, однако все это потребовало бы намного более сложных выкладок. [c.191] Стоящая в правой части неравенства величина представляет собой усредненное по длине значение X, которое достигалось бы в том случае, если бы все пополнение инверсной населенности за счет накачки перерабатывалось в направленные к выходному зеркалу фотоны генерации, часть которых терялась бы только за счет поглощения по дороге до зеркала. [c.192] Общий баланс энергии возбуждения и излучения генеращш. Во многих ситуациях оказывается более полезным несколько иной подход к оценке эффективности, основанный на подсчете энергетического баланса внутри генератора в целом. Он сводится к представлению общего выражения для эффективности в виде произведения двух сомножителей X = == (1 — Pi)(l Pi) Здесь Pi — доля общего числа процессов дезактивации верхнего лазерного уровня, приходящаяся на спонтанные переходы, ар — доля общего числа рожденных за счет вынужденных переходов фотонов, которые затем поглощаются внутри генератора источниками потерь. [c.192] По смыслу правая часть (3.19) есть отношение вредных потерь IoqI к суммарным. Отсюда следу ет, кстати, что потерями на излучение правильнее называть не 1 - R как это обычно делают, а 1п(1/Я ) (приЯ 1 эти две величины практически совпадают). [c.193] Выразив с помощью условия стащюнарности величину ку через остальные параметры, получаем = [2ао/ + 1п(1// )]/(2/ ус/). [c.193] При неоднородном уширении насыщение усиления на частоте (или частотах) генерации не приводит к пропорциональному уменьшению числа возбужденных атомов, ответственных за усиление на других частотах. Поэтому здесь число спонтанных переходов, а с ним и величина pi оказываются, при прочих равных условиях, большими, чем в случае однородного уширения. [c.193] Таким образом, если при неоднородно уширенной линии или в присутствии сильной суперлюминесценции выбрать в соответствии с (3.18), доля мощности генерации, теряемая за счет спонтанных переходов, оказывается больше доли мощности, теряемой за счет неактивного поглощения (напомним, что такой выбор R обеспечивал равенство pi и р2 без учета влияния указанных выше факторов, увеличивающих Pi). В этом случае целесообразно использовать резонатор с несколько большим R, приблизив тем самым друг к другу pi и Р2, что влечет за собой возрас-тание X. [c.194] Посмотрим теперь, что изменится, если перейти от плоского к изображенному на рис. ЗЯа телескопическому резонатору, который чаще других неустойчивых используется в практических применениях (гл. 4). Потери на излучение здесь равны 1 — где М — коэффициент увеличения, — коэффициент отражения выходного зеркала, который в случае подобных резонаторов чаще всего равен единице. [c.194] Нетрудно видеть, что усиление потока излучения при прохождении резонатора в одном из направлений и весь характер изменения потоков вдоль длины остаются теми же, что и в случае плоского резонатора с такими же потерями. Разница состоит главным образом в том, что у плоского резонатора оба пучка, идущих навстречу друг другу, являются параллельными, а у телескопического площадь сечения одного из пучков изменяется вдоль длины. В результате распределение суммарной плотности излучения по объему оказывается несколько более неравномерным. Это приводит к снижению эффективности, однако незначительному поэтому для телескопического резонатора можно пользоваться теми же формулами, что и для плоского, заменив в них R на R /М , Методики расчетов, позволивших сделать такой вывод, мы вскоре коснемся более подробные сведения на этот счет имеются в [71, 53], а также в [16], 4.1. [c.194] Устойчивые резонаторы при условии хорошего заполнения активной среды излучением многомодовой генерации не отличаются, с точки зрения эффективности преобразования энергии, от плоских. В остальных случаях расчеты лазеров с устойчивыми резонаторами существенно усложняются относительно простая методика оценок эффективности для режима генерации на низшей поперечной моде изложена в [30]. [c.194] Однако нетрудно показать, что выведенные нами формулы применимы и здесь ([16], 1.4). Помимо всего прочего, они могут использоваться не только при непрерывном, но и при импульсном возбуждении активной среды, если длительность импульса намного npeBbiujaer период установления в резонаторе стационарных колебаний (или средний промежуток времени между пичками ). Необходимо только при расчете выходной энергии отбросить начальный и конечный участки импульса накачки, на которых генерация отсутствует (в начале — пока инверсная населенность еще НС успела достичь порогового уровня, в конце — когда интенсивность накачки спускается ниже пороговой). [c.195] Вернуться к основной статье