ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Оптические искажения активных элементов и термооптические характеристики лазерных сред из "Термооптика твердотельных лазеров " Из этого выражения видно, что искажения оптического пути в лазерных активных элементах определяются следующими характеристиками материала показателем преломления по и его температурной производной р = dn/dt, коэффициентом линейного расширения а, фотоунругими константами j и Сг, модулем Юнга Е, коэффициентом Пуассона v. В активных элементах из кристаллических сред в силу тензорного характера ряда этих параметров число участвующих в описании искажений оптического пути величин еще более увеличивается. [c.38] Оказывается, что в ряде случаев для описания оптических искажений указанный набор характеристик материала может быть сведен к меньшему числу параметров — к так называемым термооптическим характеристикам. Термооптические характеристики вводятся таким образом, чтобы представить выражения при членах, включающих температурное распределение, в виде, отражающем совокупное действие различных физических причин на формирование термооптических искажений в лазерных активных элементах. При этом запись выражений для AL становится более компактной. [c.38] Величина W характеризует изменение оптического пути в оптической детали при наличии температурных градиентов, но в отсутствии упругих напряжений. Такой случай встречается, например, при линейном распределении температуры в пластине [126]. [c.39] Из последнего выражения видно, что в рассматриваемом случае наличие температурных градиентов, напряжений и деформаций не приводит к аберрациям. Легко понять причину их отсутствия каждый из лучей, составляющий падающий на пластину пучок света, проходит внутри него одинаковые траектории, пересекая по пути направления градиентов температуры. В диске меняется лишь оптическая толщина на величину, определяемую средним по толщине приращением температуры и значением термооптической характеристики W. [c.40] Исторически первоначально была рассмотрена задача о термооптических искажениях именно для цилиндрического активного элемента [148]. В работе [2] были выведены термооптические характеристики Р и Q и обращено внимание на универсальность описания с их помощью искажений также и в пластинчатых активных элементах. [c.40] Следует отметить, что для иных конфигураций оптических деталей,, распределений температуры и условий крепления активного элемента могут появляться термооптические характеристики отличного от (1.21), (1.22) и (1.23) видов. Примером является рассмотренный в работе [83] случай плоского круглого диска с радиальным распределением температуры (на практике — линза в оправе), где введены термооптические характеристики R VL Q, вид которых отличается от вида, приведенного выше. [c.40] Физический смысл термооптических характеристик и термооптические линзы. Положим распределение температуры в активном элементе параболическим в п. 1.1 было отмечено, что распределение температуры, близкое к параболическому, для непрерывных и частотных лазеров в установившемся режиме сохраняется и при заметном отклонении тепловыделения от равномерного. Будем считать перепады температуры АГ столь малыми, что величины Ц7, Р и Q можно принять постоянными (о температурной зависимости характеристик и дополнительных аберрациях оптического пути, связанных с наличием этой зависимости, см. следующий параграф). [c.40] Выражение в квадратных скобках можно трактовать как переменное по сечению активного элемента приращение показателя преломления. [c.41] Таким образом, первоначально оптически изотропный материал активного элемента превращается в двулучепреломляю-щую линзоподобную среду, а сам активный элемент — в бифокальную термическую линзу с фокусными расстояниями, разными для различных поляризаций. [c.41] Термооптическая характеристика W характеризует среднее увеличение оптического пути, пропорциональное среднему по сечению приращению температуры Т (для параболического распределения Г = АГ/2). [c.41] Термооптическая характеристика Р пропорциональна усредненной для двух ортогональных поляризаций волновой аберрации (искажению формы плоского волнового фронта после прохождения элемента) для параболического распределения температуры Р пропорциональна оптической силе термической линзы. [c.41] Величина Q характеризует разницу оптических сил термических линз для ортогональных поляризаций. [c.41] Разница между приращениями для у- и х-поляризаций пропорциональна величине 2Q. Центр пластинчатого элемента не является изотропной областью зоны, где приращения оптического пути для двух поляризаций сравниваются, отстоят от центра на расстояние h- /S. [c.42] Здесь Рт — полная тепловая мощность тепловыделения в активном элементе S — площадь поперечного сечения. [c.42] Принимая во внимание, что комбинации термооптических характеристик в выражениях для П2г, ф, П2х, у имеют значения порядка 10 — 10- К (см. следующий параграф) и отношения 1/R и l/h для активного элемента находятся обычно в пределах 10—20, величина перепада температуры, до которой можно пользоваться вышеприведенными выражениями, составляет не менее 50 К, что близко к предельному перепаду температуры, определяемому термомеханической прочностью активного элемента (см. п. 1.1). [c.42] Основные особенности расчета искажений оптического пути Л/, в кристаллических средах заключаются в методике определения зависимости изменения показателя преломления вследствие температурных напряжений и деформаций. Для кристаллов вид тензора пьезооптических коэффициентов является более сложным, чем для изотропной среды, и зависит, как уже было сказано, от взаимной ориентации кристаллографических осей, связанных с активным элементом, и осей координат, в которых производится расчет. Некоторые ориентации, однако, допускают приближенный или даже точный расчет изменений оптического пути с введением термооптических характеристик, выражаемых через р = dn/dT и упругие и фотоупругие константы материала [31, 116, 141, 142]. [c.43] Общая схема расчета такова выбирается система координат, наиболее удобная для расчета (обычно такая, чтобы тензоры напряжений и деформаций в каждой точке поперечного сечения активного элемента были диагональны) определяются вид тензора пьезооптических коэффициентов в выбранной системе координат с учетом ориентации кристаллографических осей материала (это определение наиболее удобно производить матричным методом), компоненты тензора диэлектрической непроницаемости в соответствии с выражениями (1.9), (1.12) и ис юмые значения изменения оптического пути [см. выражение (1.16)]. [c.43] В табл. 5 приведены выражения велйчин W, Р и Q для таких ориентаций активного элемента, выполненного из кристалла класса тЗт, когда его ось z направлена вдоль кристаллографических осей [111], [001] и [ПО]. [c.43] Заметим, что к кристаллам этого класса помимо АИГ Nd принадлежат также щелочно- и щелочно-земельно-галлопдные кристаллы, являющиеся основой разрабатываемых в последнее время лазеров на центрах окраски. [c.45] Вернуться к основной статье