ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Методика расчета эффективности лазеров с неустойчивыми резонаторами из "Оптические резонаторы и лазерные пучки " Меюдика расчета эффективности лазеров с неустойчивыми резонато рами. Проблема эффективности особенно важна в случае лазеров на больших объемах активной среды — неоправданные энергетические потери тогда, как правило, недопустимы. По причинам, которые должны быть уже ясны внимательному читателю и буду г затронуты также в 4.1, для таких лазеров чаще всего используются неустойчивые резонаторы. В связи с этим методика расчета эффективности лазеров с неустойчивыми резонаторами заслуживает особого внимания даже беглое ознакомление с нею полезно еще тем, что подсказывает способы анализа и в других нетривиальных ситуациях, когда изложенные выше простейшие способы оценки эффективности оказываются неприменимыми. [c.195] С основным результатом выкладок, выполненных в [71, 53] по этой методике, мы уже знакомы эффективность лазера с телескопическим резонатором немного уступает эффективности плоского с теми же потерями на излучение (в данном случае — с = 1/М ). Поэтому перейдем к рассмотрению более сложных ситуаций. [c.197] Пример совсем другого рода являют собой газодинамические и другие непрерьюные лазеры с движущейся средой. Понятие локальной эффективности здесь вообще не может существовать среда, подчас возбужденная заранее, пролетает через пучок генерируемого излучения, и число прореагировавших с пучком атомов может быть рассчитано только исходя из знания распределения излучения в целом. Если среда движется поперек оси резонатора, невозможно также рассчитать заранее (как в приведенном выше примере) плотность излучения на оси системы, поскольку инверсная населенность на оси зависит не от этой плотности, а от всей предыстории долетевшей сюда среды, в частности от плотности поля на всем пути ее следования. Сходные закономерности имеют место и при оптической накачке в тех случаях, когда коэффициент ее поглощения в среде существенно зависит от плотности излучения генерации. [c.198] Для нахождения самосогласованного решения в подобных случаях используются разные методы, наиболее простым и естественным из которых является итерационный. Простейшая итерационная процедура заключается в следующем. Берется некоторое начальное распределение поля (обычно равномерное) это распределение подставляется в уравнения среды, последние решаются и находится пространственное распределение коэффициента усиления. Далее рассчитывается новое распределение поля как результат однократного прохождения исходного пучка через резонатор с активной средой. Вновь полученное распределение поля подставляется в уравнения среды и т.д. [c.198] Существуют разнообразные приемы, ускоряющие сходимость итерационной процедуры (некоторые сведения о них имеются в [67] ив [16], 4.2). а также позволяющие ее избежать. Не останавливаясь на них, коснемся лишь вопроса о выборе модели среды и поясним общую качественную картину работы лазера со средой, движущейся перпендикулярно оси двухзеркального неустойчивого резонатора. [c.198] Исходные сведения об активной среде того или иного лазера нового типа часто поступают от спектроскопистов, считающих делом чести учесть такое число уровней и переходов, что получить ясное представление о работе лазера в целом становится немыслимым. Поэтому важнейшей целью начального этапа расчетов является вьщеление двух-трех основных процессов и тем самым сведение к минимуму числа описывающих среду уравнений. В [16], 4.2 приведен пример предложенной В.К. Конюховым [109] и пригодной в широком диапазоне изменения параметров газодинамических лазеров [4] модели, в которой таких уравнений всего два. [c.198] Вид изображенных на рисунке распределений имеет следующее объяснение. В левой части (—= 1 0) поле излучения генерации обязано иметь плотность, обеспечивающую спад величины К на протяжении этой части от исходного значения Kq I до единицы очевидно, что больше Ко, тем большей должна оказаться и плотность р. Далее, в этой части резонатора вплоть до самой ее границы /Г 1, поэтому по мере удаления от оси плотности излучения нарастает в правой части имеют место обратные закономерности. [c.200] Для изображенных на рис. 3.17 вариантов распределений / и // величина Xj составляет 28 и 60 % соответственно. Аналогичные подсчеты для правой половины резонатора показывают, что в ней к этим цифрам добавляются еще 6 и 5 % таким образом, полная эффективность преобразования энергии в данном резонаторе при Kq = 2,5 равна 34 %, при = 5,2 — уже 65 %. Видно, что высокий к.п.д. в подобных случаях достигается ценой большой неравномерности распределения излучения по сечению, что имеет ряд негативных последствий (о том, как их можно избежать, см. 4.4). [c.201] К возрастанию эффективности преобразования в левой части резонатора приводит также и уменьшение а при фиксированном М. В этом случае последний член в (3.25) остается неизменным что же касается предыдущее го, то, поскольку значения кус на концах промежутка сохраняются, кус изменяется мало, и потери на спонтанную релаксацию уменьшаются примерно пропорционально а. [c.201] В отличие от левой части, на входе в правую оказываются заданными значения не только кус, но и плотности излучения генерации. В этих условиях увеличение ширины правой части, не изменяя распределения плотности излучения левее, повышает эффективность преобразования, быстро приближая ее к определенному пределу. Поскольку доля общей мощности, приходящейся на всю правую часть, невелика, стремиться вплотную приблизиться к этому пределу и прибегать к значениям ширины, большим h, нет никакого смысла. [c.201] Более подробный анализ с изложением ряда тонкостей, связанных с использованием более сложных моделей среды, учетом поглощения излучения в зеркалах и переходом от двух- к трехмерному резонатору из сферических зеркал, изложен в [67] ив [16], 4.2. Преследовавшуюся же ныне цель — пояснить механизм взаимосвязи между параметрами резонатора и энергетическими характеристиками лазерного излучения — можно считать достигнутой. [c.201] Вернуться к основной статье