ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Источники накачки лазеров на неодимовом стекле и их характеристики из "Лазеры на неодимовом стекле " При изучении энергетики процессов в лазере на неодимовом стекле можно выделить две характерные стадии энергетических преобразований преобразовапие излучения накачки в энергию возбуждения ионов неодима — процесс накопления инверсии, и затем преобразование энергии инвертированных ионов в когерентное лазерное излучение — процесс генерации или усиления. На первой стадии наиболее существенными являются используемые в лазере источник и система накачки, а на второй — свойства активной среды и резонатора. [c.58] В этом разделе мы прежде всего и наиболее подробно исследуем процессы накопления энергии возбуждения и усиления лазерных импульсов, как наиболее характерные для энергетики лазеров в целом и 1юзволяющие детально ознакомиться со спецификой этих процессов в лазерах на неодимовом стекле. [c.58] Существенное значение для энергетики лазеров имеют потери в резонаторе, в лазерном тракте. Не останавливаясь подробно на этих вопросах (некоторые из них будут затронуты в последующих главах), мы более детально ознакомимся с такими существенными для энергетики лазеров потерями энергии возбуждения, как суперлюминесценция и паразитные типы колебаний. [c.58] В качестве источников накачки для лазеров на неодимовом стекле обычно используются импульсные ксеноновые лампы. Ниже мы рассмотрим их основные характеристики с точки зрения тех требований, которые диктуются использованием ламп в лазерах. Более подробные сведения о них можно найти, например, в [1]. [c.58] Чтобы определить полный энергетический поток излучаемый единичным элементом цилиндрического столба плазмы диаметром d в единичном спектральном интервале, необходимо проинтегрировать (2.2) по всем возможным направлениям [9]. [c.62] Множитель 0,8 приближенно учитывает ослабление потока излучения плазмы за счет его отражения под разными угла.ми от стенок лампы [И]. [c.62] Зависимость вида (2.5) справедлива, если разряд полностью заполняет внутренний объем лампы. Существенны.м является вопрос о характере распределения температуры плазмы в поперечном сечении лампы. По данным экспериментов [21, 221 в квазистацио-нарной стадии разряда во всем поперечном сечении лампы от центра к краю устанавливается практически одинаковая температура, за исключением малой области толщиной около 0,2 мм вблизи стенки, в которой температура резко падает. Отклонения от такого температурного профиля разряда существуют, как уже говорилось, на Стадии формирования разряда, а также при низких плотностях тока и, следовательно, низкой температуре плазмы. [c.63] учитывая соотношение (2.5), для электрической проводимости плазмы Сэл получим (пренебрегая слабым влиянием на Гэл произведения йРоУ. [c.64] Таким образом, удельная электрическая проводимость ксено новой плазмы квадратично нарастает с ростом температуры I только ею практически и определяется. Этот вывод подтверждаете и прямыми экспериментальны.ми измерениями [26]. [c.64] Несколько слов о внутренней энергии w плазмы разряда и ее зависимости от температуры. Экспериментальный метод определения внутренней энергии плазмы основан на анализе баланса мощности в установившемся импульсном разряде при постоянном объеме [27]. [c.65] Рассмотрим теперь распределение энергии в спектре излучения ксеноновых ламп. Спектральная плотность КПД излучения лампы определяется отношением излучае.мой ею световой энергии в единичном спектральном интервале к электрической энергии, рассеиваемой в разряде. Для квазистационарной стадии разряда излучаемая энергия может быть найдена из выражения (2.4) по экспериментально измеренным значениям температуры, оптической толщины kid лампы и длительности излучающего импульса. Для импульсных разрядов, в которых газодинамические явления, связанные с развитием разряда или движением масс газа в лампе, занимают значительную часть или весь импульс излучения, определение излучае.мой лампой энергии таким способом недостаточно корректно и приводит к заметным погрешностям. Отметим, что температура плазмы, как и плотность тока в разряде, могут меняться в течение импульса. Соответственно спектр излучения лампы также будет испытывать изменения во времени. [c.65] Спектральные зависимости КПД (интегральных за импульс) излучения ксеноновых ламп при различных плотностях электрической мощности, рассеиваемой в разряде, представлены на рис. 2.6. [c.65] С ростом электрической мощности происходит сдвиг максимума спектрального распределения КПД излучения ла.мны в УФ-область. Следствием этого является ухудшение относительной эффективности накачки неодимовых стекол при больших уровнях электрической мощности, вводимой в лампу. При этом происходит также увеличение потерь света в кварцевых стенках колб ламп, так как граница пропускания оптического кварцевого стекла (довольно значительно изменяющаяся у конкретных образцов ламп) лежит в области 0,2—0,22. мкм. При больших электрических мощностях, вводимых в разряд, выделение тепла в стенке колбы лампы может приводить к испарению кварцевой оболочки. В результате сильного разогрева стенки происходит сдвиг границы пропускания кварца в область А, 0,25 мкм [29] с соответствующим увеличением потерь излучения, проходящего сквозь стенку. [c.65] При частоте импульсов / 100 Гц и длительности 300 мкс предельная электрическая нагрузка на лампу в каждом импульсе снижается в 6,5 раз. Физические причины, приводящие к разрушению импульсных ламп, довольно разнообразны. В процесс разрушения вносят вклад разогрев и испарение кварцевых стенок баллона лампы, о которых мы говорили выше, ударные волны в расширяющемся разряде, эрозия электродов, а также импульс давления разогревающегося газа в лампе. Этими сведениями о предельных нагрузках импульсных ламп мы и ограничим наше краткое рассмотрение данного вопроса. [c.67] Энергетический КПД импульсной лампы зависит от степени согласования лампы как одного из элементов разрядного контура электрической цепи питания с остальной частью контура. В типичном случае цепь питания лампы представляет собой однозвенный (или многозвенный) эСэ-контур, обладающий некоторым (небольшим) омическим сопротивлением (провода, контакты и т. д.). [c.67] Для оптимально рассчитанных электрических контуров питания импульсных ламп накачки неодимовых лазеров потери энергии в контуре питания обыч- но не превосходят 10 %. [c.68] Вернуться к основной статье