ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Экспериментальные исследова ния из "Лазеры на неодимовом стекле " В какой-то степени эти требования реализуются при использовании большинства из известных систем накачки лазеров. Однако предельные возможности их осуществления в лазерах далеко не очевидны. Реализация их возможна путем выбора геометрии и параметров системы пакачки, а также режима работы лампы (параметров плазмы). Заметим, что подбор параметров плаз.мы представляет уюжную задачу, требующую проведения достаточно громоздких численных или физических экспериментов (см. ниже п. 2.5.2). [c.104] Преобразование не используе.мого ионами излучения лампы в область спектра их поглощения мож1Ю осуществить несколькими методами использовать в качестве преобразователя спектра плазму самой лампы, применить различные люминофоры, поглощающие в УФ-области спектра и излучающие в видимой, а также пытаться дополнительно сенсибилизировать неодимовое стекло (см. гл. 1). Из них первый является универсальным для всех твердотельных лазеров. [c.107] Ксеноновая плазма хороню поглощает излучение видимого и ИК-диапазона и несколько хуже — УФ-часть спектра (см. рис. 2.4). [c.107] Один из очевидных способов, позволяющих этого добиться, заключается в нанесении на колбу импульсной лампы селективно отражающего покрытия, полностью пропускающего излучение в области 0,4— 0,9 мкм. [c.109] При более строгом рассмотрении 11ужно учитывать, что при поглощении плазмой возвращаемого в лампу излучения происходит не только увеличение энергетического выхода лампы, но и изменение ее спектральных характеристик, что не описывается формулой (2.121). Учет этого возможен при численно.м моделировании системы накачки, рассмотренно.м в 2.2. Некоторые результаты численных расчетов для двух различных режимов — свободной генерации и режима усиления приведены в табл. 2.4. [c.110] Из табл. 2.4 видно, что прирост КПД т п1ах/По составляет 30 % при довольно значительном росте температуры плазмы. В режиме усиления прирост КПД по запасенпой энергии меньше, чем в режиме свободной генерации, и наблюдается при сравнительно больших уровнях накачки. Относительное уменьшение прироста КПД в этом режиме связано, в основном, с появлением дополнительных потерь из-за суперлюминесценции и подобных ей эффектов (см. 2.3). Роль этих потерь достаточно велика. Если в расчете положить, что кванты с Я=1,06 мкм не отражаются от наружной поверхности активного элемента, то Т1 п возрастает примерно в 1,5 раза по сравнению с приведенными в таблице. [c.110] В качестве преобразователей предложены, в частности, органические красители в жидких или полимерных растворителях или ионы Еи +, внедренные в различные матрицы [86]. [c.110] Расчеты, проведенные для конкретных люминофоров, показывай ют, что при оптимальных условиях они могут дать выигрыш в поглощаемой неодимовым стеклом энергии 10—20 % [86]. [c.110] Расчетные зависимости КПД генерации лазера от электриче- кой нагрузки WJW ред приведены на рис. 2.21 (кривые 1, 2). [c.111] Однако именно в этой области малых электрических нагрузок имеются наибольшие отклонения характера разряда в лампе от предполагаемой в расчете квазистационарности, что выражается в значительном росте потерь энергии на стенках лампы (см. рис. 2.2). [c.112] Зависимость КПД по запасенной энер-гни Лзац усилителя на неодимовом стекле с системой накачки вида II (см. рис. 2.17) от электрической нагрузки лампы I — расчет в предположении полного. заполнения лампы в течение всего импульса накачки и малых (только излучатель-ных) потерь ( 10 %) на стенку лампы 2 — расчет с учетом экспериментально измеренных потерь на стенке (см, рис. 2.2) 3 — эксперимент. [c.112] Аналогичный анализ может быть проведен и для режима усиления (рис. 2.22). Сохраним те же требования, что и раньше, относительно малости потерь энергии во всех элементах системы накачки и рассмотрим подобную же коаксиальную конфигурацию системы накачки усилителя. Как и раньше, вначале рассмотрим случай, когда разряд полностью заполняет лампу и, соответственно, потери энергии на стенку лампы малы. [c.112] На рис. 2.23 показано увеличение относительного энергетического выхода лампы ИФП-800 в спектраль-)юй области 0,3—0,94 мкм при создании в ней за 1—2 с до основного им пульса предварительной ионизации непрерывным разрядом. Оптимальные условия предварительной ионизации импульсным разрядом рассмотрены в [89]. [c.113] Наибольший положительный эффект от предварительной ионизации лампы наблюдается при малых электрических нагрузках на лампу, когда разряд в лампе является сугубо нестационарным. [c.113] Режим свободной генерации. Наиболее подробно изучена энергетика лазера с конфигурацией системы накачки II (см. рис. 2.17 и [91, 92]). Все параметры лазера были выбраны максимально близкими к тем, которые использовались в расчете. В качестве активной среды использовалось фосфатное неодимовое стекло с концентрацией ионов N(1 , равной 2-10 см и 3,6-10 см и неактивными потерями наЯ=1.06 мкм 1,об=7-10 — 1,2-10 см 1. Диффузно отражающее покрытие на АЭ обеспечивало отражение порядка 0,98 в спектральном диапазоне 0,4—1,5 мкм. Иммерсионной средой между лампой и АЭ служила тяжелая вода ВаО. Накачка осуществлялась прямоугольным импульсом длительностью примерно 1,1 X Х10 с, потери в электрическом контуре составляли около И %. Резонатор длиной 50 см состоял из двух плоских зеркал с коэффициентами отражения / 1 0,2—0,3 и / 2=1. [c.113] Экспериментальная зависимость КПД данного лазера от электрической нагрузки на лампу приведена на рис. 2.21 (кривая 4). Ее вид подобен соответствующей ей расчетной зависимости, учитывающей измеренные потери на стенке лампы (кривая 3), хотя максимальная величина КПД (9 %) примерно в 1,5 раза меньше предсказываемой расчетом. [c.114] В режиме усиления сильного (насыщающего) сигнала ос1Ювные энергетические характеристики этих усилителей соотносятся в целом так же, как и в режиме усиления слабого сигнала (рис. 2.25). [c.118] Сравнительные данные об энергетических параметрах усилителей с системами накачки, показанными на рис. 2.17 (I—V), сведены в табл. 2.5. Активной средой во всех случаях являлись фосфатные стекла с концентрацией ионов N(1 , равной (3—8)-10 см = . Как по численным значениям КПД, так и по характеру энергетических зависимостей все приведенные в табл. 2.5 конфигурации систем накачки II—V близки между собой. [c.118] В заключение раздела приведем характерные энергетические параметры лазеров на неодимовом стекле (табл. 2,6). Приведенные в таблице цифры призваны дать представление о современном уровне энергетических характеристик лазеров, построенных на современных отечественных неодимовых стеклах, и позволяют сориентироваться в вопросе реализации требуемой энергетики. Дальнейшее совершенствование энергетической эффективности лазеров на неодимовом стекле возможно за счет повышения эффективности источников накачки (в частности, селективно излучающих), поиска возможности сенсибилизации неодимовых стекол, подавления суперлюминесценции и т. п. Можно полагать, что для лазеров на неодимовом стекле в перспективе вполне достижимы КПД порядка 10— 15 %. [c.118] Вернуться к основной статье