КПД лазеров накачка

Мощность непрерывной генерации современных лазеров на ИАГ достигает 400 Вт. Важным с точки зрения практического применения является и более высокий КПД лазеров на ИАГ. В условиях непрерывного возбуждения с помощью криптоновых ламп накачки его значение достигает 2...3%. Расходимость лазеров в непрерывном многомодовом режиме генерации составляет 5 мрад, в одномодовом 1 мрад. Пригодность данного лазера для термической технологии весьма высока. Например, для непрерывного лазера с мощностью излу- [c.180]

Промышленностью изготавливаются аргоновые лазеры с водяным охлаждением мощностью 1—20 Вт, генерирующие на синем и зеленом переходах одновременно или только на одной линии при использовании конфигурации рис. 5.4, а. Также выпускаются маломощные (<1 Вт) аргоновые лазеры с воздушным охлаждением. В обоих случаях выходная мощность над порогом резко увеличивается с ростом плотности тока ( Я), так как в аргоновом лазере, в противоположность тому, что происходит в Не—Не-лазере, нет процессов, приводящих к насыщению инверсии. Однако КПД лазера очень мал (< 10- ), поскольку мала квантовая эффективность ( 7,5 % см. рис. 6.11) и возбуждение электронным ударом происходит на множестве уровней, которые не связаны эффективным образом с верхним лазерным уровнем. Аргоновые лазеры широко используются для накачки непрерывных лазеров на красителях, для множества научных применений (взаимодействие излучения с веществом), в лазерных принтерах, в лазерной хирургии и в техническом оснащении развлекательных программ. [c.357]

В ЭТИХ лазерах с накачкой в видимом диапазоне КПД преобразования энергии лазера накачки в выходную энергию лазера на красителе (30—40 %) намного превышает КПД преобразования, получаемые при лазерной УФ-накачке ( 10%). Кроме того, под воздействием излучения накачки существенно уменьшается деградация красителя. Во всех рассмотренных выше случаях, когда применяют импульсную лазерную накачку, используют, как правило, схему с поперечной накачкой (т. е. направление распространения пучка накачки перпендикулярно оси резонатора) см. рис. 6.32. В этом случае пучок лазера накачки [c.394]

Для оценки КПД лазера необходимо выразить мощность генерации лазера через электрическую мощность накачки, потреб- ляемую лазером. Для этой цели используем коэффициент преобразования электрической мощности накачки Рн, потребляемой лазером (точнее, световым источником, например лампой) в поглощенную ионами неодима активной среды [c.66]

Отсечка в спектре накачки областей излучения, соответствующих коротковолновым полосам поглощения ионов неодима с большим стоксовым сдвигом, приводит к заметному уменьшению тепловыделения в элементе КПД лазера при этом уменьшается. Для иллюстрации этого в табл. 16 приводятся значения отношений вкладов в тепло и генерацию излучения накачки, подвергнутого фильтрации, к соответствующим суммарным по полосам поглощения неодима величинам. Приведенные оценки в первом приближении справедливы для всех современных промышленных стекол с массовыми долями концентрации, неодима от 1 до 6 % изменение концентрации (оптической толщины элементов) приводит к небольшому перераспределению вкладов отдельных полос поглощения в энергетику активного элемента. [c.129]

Обратимся к вопросу о предельно возможной энергетической эффективности лазеров на неодимовом стекле и методах ее достижения. В случае свободной или МИ-генерации под энергетической эффективностью лазера естественно понимать его КПД. Для режима усиления энергетическую эффективность будем здесь характеризовать отношением запасенной в активной среде энергии возбуждения к энергии накачки (вопросы, связанные с вкладом в общий КПД лазера эффективности съема энергии возбуждения, рассмотрены в 2.3). [c.103]

Предельные КПД лазеров на неодимовом стекле. Для определения условий, обеспечивающих наибольшие значения КПД лазеров на неодимовом стекле, используется численное моделирование. Начнем с режима свободной генерации. Остановим выбор на системе накачки вида И (см. рис. 2.17), предполагая практически полное отсутствие вредных потерь энергии излучения в ее элементах в стенках лампы, в активной среде 1 10 см ), в диффузном отражателе (/ д5 0,98) и т. д. Относительно лампы вначале будем предполагать, что при всех рассматриваемых уровнях накачки разряд в ней квазистационарный и плазма, соответственно, полностью заполняет внутренний объем лампы. При этом, согласно расчетам, потери энергии на стенку лампы оказываются небольшими (7ст 15 %) (см. 2.1 и рис. 2.26). Рассмотрим два случая 1) на оболочку лампы нанесено селективно отражающее покрытие с идеализированной спектральной характеристикой / =1 для Х<400 нм [c.110]

Удовлетворительной теории импульсного разряда, учитывающей газодинамические явления в лампе и незаполнение лампы плазмой в области малых электрических нагрузок, в настоящее время не существует (см., например, [8, 871). Учет реально наблюдаемых потерь энергии на стенку лампы тем не менее можно осуществить введением их в квазистационарную модель непосредственно из результатов экспериментальных измерений, таких, например, как представленные на рис. 2.2. Результаты расчета КПД лазера с учетом измеренных потерь на стенке лампы представлены кривой 3 на рис. 2.21. Сравнивая ее с аналогичной ей зависимостью 3, полученной в предположении квазистационарности разряда, мы видим, что учет реальных потерь в лампе в области малых нагрузок существенно изменяет ход зависимости КПД лазера от накачки и сдвигает область оптимальных нагрузок в сторону их увеличения пред О, 15). Сами же максимальные значения КПД лазеров на неодимовом стекле оказываются в этом случае меньше и не превышают 12—14 % [c.112]

Уравнение (4.12), которое связывает интенсивность лазерного излучения с интенсивностью накачки, является новым условием функционирования радиационно-сбалансированного лазера. Оно должно удовлетворятся в каждой точке пространства, поэтому КПД лазера принимает вид [c.144]

Квантовый выход и коэффициент полезного действия лазера. Выбор схемы уровней активного центра и метода накачки в существенной мере влияет на величину коэффициента полезного действия (КПД) лазера. [c.8]

Предположим, что активный центр описывается схемой из четырех уровней четырехуровневая модель лазера рис. 1.1). На рисунке О — основной уровень, 1 и 2 — соответственно нижний и верхний рабочие уровни, 3 — уровень, заселяющийся под действием накачки (уровень возбуждения). Допустим, что вся мощность накачки поглощается активными центрами и перечеркнутые на рисунке переходы не имеют места. В этом идеальном случае КПД лазера оказывается максимальным он равен отношению [c.8]

В действительности не вся мощность накачки поглощается активными центрами. Часть мощности рассеивается, а часть поглощается неактивными частицами. Поэтому в выражении для КПД лазера должен быть множитель, характеризующий долю мощности накачки, поглощаемую активными центрами обозначим эту долю через у. Кроме того, не все возбуждаемые активные центры попадут на верхний рабочий уровень 2 часть из них перейдет с уровня 3 сразу на уровень I или уровень О (см. на рис. 1.1 переходы, перечеркнутые однократно). В результате в выражении для КПД лазера появится множитель, характеризующий долю поглощенной активными центрами мощности накачки, затраченную на полезное возбуждение, т. е. на возбуждение тех активных центров, которые попадают в итоге на уровень 2. Обозначим эту долю через V. Наконец, не все активные центры, оказавшиеся на уровне 2, пройдут через рабочий переход часть из них перейдет с уровня 2 сразу на уровень О (двукратно перечеркнутый переход на рис. 1.1). В результате выражение для КПД лазера пополнится еще одним множителем — отношением числа активных центров, прошедших через рабочий переход, к числу активных центров, возбужденных на уровень 2. Обозначим это отношение через f. Таким образом, выражение для КПД лазера принимает вид [c.9]

Оптическая накачка лазеров на красителях. Для возбужде-НИН красителей чаще всего при-—меняют когерентную накачку излучением твердотельных лазеров (ИАГ N(1 +, стекло с неодимом, рубин), работающих в импульсном режиме. В ка 1е-стве накачивающего излучения используется как основная частота, так и гармоники, например вторая ( ь = 0,53 мкм) и третья ( ь = 0,35 мкм) гармоники излучения лазера ИАГ N(1 +. КПД лазеров на красителях с возбуждением при помощи вспомогательного импульсного лазера достигает десятков процентов. Для этанольного раствора родамина 60 при накачке второй гармоникой лазера на стекле с неодимом был реализован КПД, равный 75%. При использовании когерентной накачки лазеры на красителях могут функционировать в качестве широкополосных усилителей оптического диапазона они могут также осуществлять сравнительно простое и эффективное преобразование оптических частот. [c.36]

Оптич. накачку осуществляют лазерами эксимерный лазер, газовые лазеры на N3, на парах Си, твердотельные лазеры) и газоразрядными импульсными лампами. В случае импульсной лазерной накачки Л. н. к. излучает одиночные или периодически повторяющиеся импульсы длительностью от 1—2 до десятков не при кпд от единиц до неск. десятков % и мощности излучения, достигающей сотен МВт, Спектр излучения смещён в длинноволновую сторону относительно лазера накачки (рис. 1,6) и генерация при смене красителя может быть получена на любой длине волны X от 322 нм до 1260 нм. Наиболее широкую область перестройки спектра даёт накачка рубиновым лазером (осн. волна Х=694 нм и вторая оптическая гармоника X = = 347 нм). [c.342]

Условия работы активного материала лазера также накладывают определенные требования на свойства матрицы. В первую очередь она должна обладать высокой теплопроводностью. Твердотельные лазеры на диэлектрических монокристаллах имеют весьма небольшой кпд (порядка 1—5 %) и, следовательно, весьма значительная часть энергии накачки идет на нагрев активной среды.. Если активная среда не может эффективно рассеять эту энергию, то неизбежен выход из строя всей системы. Наиболее приемлемыми свойствами в этом отношении обладают монокристаллы сапфира (рубина) и именно этим фактом объясняется их использование, несмотря на трехуровневую схему генерации. [c.67]

Генерация лазера на рубине может осуществляться как в импульсном, так и в непрерывном режиме. Рубиновый лазер имеет кпд, обычно не превышающий 1 %. Остальная часть энергии накачки переходит в тепловую и должна быть эффективно рассеяна. Именно поэтому монокристаллы рубина, обладающие большой теплопроводностью, широко применяют в лазерной технике. [c.75]

Накачка ЛК осуществляется излучением импульсных ламп и лазеров др. типов. ЛК с ламповой накачкой работают в импульсном режиме, генерируя чаще всего импульсы длительности мкс. Их кпд 1%, выходная энергия от долей до неск. сотен Дж. Спектральный диапазон обычно ограничен видимой областью. Л К с ламповой накачкой могут работать частотой повторения импульсов 50 — 100 ими./с при ср. мощности выходного излучения в сотни Вт. [c.564]

Для получения непрерывного режима в качестве источников накачки используются ионные газовые лазеры на Аг или Кг с мощностью излучения от единиц до десятков Вт. Кпд непрерывных ЛК составляет неск. десятков %, А, может при смене красителей перестраиваться по всему диапазону от 360 нм до 1 мкм. [c.564]

Непрерывный режим генерации осуществляется при накачке кристаллов аргоновыми и криптоновыми газоразрядными лазерами или неодимовым лазером. Область генерации Я. 0,82—3,3 мкм Т— 300 К. Выходная мощность <3 Вт, кпд 1—60%. [c.567]

В качестве иллюстрации на рис. 4.2 приведены относительные затраты энергии электронов на упругие столкновения (У), возбуждение верхнего лазерного уровня (В) и электронных состояний (Э), а также ионизацию (И) типичной для СОг-лазера смеси. Как видно из рисунка, доля выделяемой в разряде электрической энергии, затрачиваемая на возбуждение верхнего лазерного уровня и характеризуемая колебательным КПД разряда Пк, для смесей СО2—Nz — Не может превышать 80%. Вторым важным для работы С,02-лазера обстоятельством является близкое, почти совпадающее положение уровней 00° 1 СО2 и и = 1 молекулы N2. В результате этого имеет место эффективный обмен возбуждением между этими уровнями и молекулы азота в состоянии с и = 1 могут принимать активное участие в накачке верхнего лазерного уровня. Помимо этого, колебательные уровни азота более эффективно заселяются электронным ударом и имеют очень большое время столкновительной релаксации. Наиболее эффективно азот расселяется при столкновении с молекулами Н2О и со стенками. Поэтому при малом содержании воды в смеси и больших размерах газоразрядной камеры азот может играть роль накопителя колебательного возбуждения с большим временем жизни. При наличии азота в смеси время релаксации запасенной верхним лазерным уровнем энергии т, увеличивается и становится равным [c.119]

Полупроводниковые лазеры накачка инжекцией через гетеропереход (см. Гетеролазер), а также электронным пучком. Гетеролазеры миниатюрны, hm fot больнюй кпд, могут работать в импульсном и непрерывном режимах. Применение спектроскопия, оитич. стандарты частоты, оптич. линии свя.зи, звуко- и видио-систе.мы. Л. с электронной накачкой перспективны для проекционного лазерного телевидения, оптич. обработки информации. [c.551]

Параметры разрядного контура оказывают существенное влияние на КПД лазера и долговечность ИЛ, так как при постоянной энергии импульса накачки E= WI2 возможно изменение длительности и формы импульсов разрядного тока, что в свою очередь, влияет на спектральный состав излучения лампы и ее срок службы. Импульсная газоразрядная лам па как элемент электрической дуги представляет собой нелинейное сопротивление. [c.122]

Одномодовый режим получается путем использования одного из зеркал резонатора сферической формы. Оптимальный режим генерации по выходной мощности в одномодовом режиме обеспечивается выбором требуемого радиуса кривизны одного из зеркал, обычно — непропускающего. В лазере на смеси нейтральных газов гелия и неона при давлении в трубке около 3 мм рт. ст. происходит накачка тлеющим разрядом при малых плотностях тока, что обеспечивает высокий КПД лазера, надежность, большой срок службы. Гелий-неоновые лазеры недорогие, удобные в ремонте и эксплуатации и поэтому широко применяются в изобразительной голографии. Наиболее освоен лазер ЛГ-38, имеющий выходную мощность до 50 мВт на длине волны 0,633 мкм в одномодовом (но не одночастотном) режиме. [c.37]

Из изложенного следует, что величина разрушающего перепада температуры АГпр может быть повышена путем уменьшения количества дефектов на боковой поверхности. На практике этого достигают, подбирая такой режим механической обработки поверхности, при котором возникающий при шлифовке трещиноватый слой проникает внутрь элемента на небольшую глубину, и затем химически стравливая его. Здесь же стоит упомянуть о том, что такое травление полезно также и с точки зрения повышения КПД лазера травленая плавно-волнистая поверхность более прозрачна для света накачки, чем шероховатая, получающаяся после шлифовки при соответствующем подборе глубины волнистого рельефа происходит эффективное подавление паразитных типов колебаний. [c.27]

К повышению Р . пр ведет также такое изменение формы элементов, которое приводит к уменьшению перепадов температуры при неизменной плотности тепловыде-чения, например, уменьшение диаметра элемента при одновременном увеличении его длины, членение объема на части путем продольных или поперечных (дисковые активные элементы) распилов и т. п. Каждый из указанных приемов обладает своими недостатками. Так, при переходе от цилиндрических элементов к пластинчатым равного объема с большим значением отношения ширины к толщине вытянутая форма поперечного сечения пучка излучения доставляет большие неудобства для последующего его преобразования оптическими системами применение лазеров с дисковыми активными элементами сдерживается меньшим КПД системы накачки и трудностями при создании иммерсионных хладагентов, охлаждающих торцовые поверхности дисков и попадающих в пучок генерируемого излучения. Так что в целом термомеханическое разрушение активных элементов продолжает оставаться фактором, препятствующим более широкому использованию стеклянных активных сред в практике создания и использования твердотельных лазеров. [c.29]

Как видно из таблицы, при использовании тиратронного источника питания на базе двух ИП-18 с прямой схемой исполнения модуляторов средняя мощность излучения при ЧПИ 9 кГц составляла около 20 Вт, КПД излучателя — 0,67%, практический КПД (от выпрямителя источника питания) — 0,4% и КПД лазера (от сети) — 0,3%. При использовании схемы удвоения напряжения и магнитного сжатия импульсов соответствующие значения равны 33 Вт, 0,92%, 0,5% и 0,4%. В случае ламповых источников питания достигаются более высокие энергетические характеристики, так как формируемые ими импульсы тока имеют меньшую длительность ( 90 не) и более крутой фронт ( 40 не). При этом из-за коротких длительностей импульсов накачки мощность, потребляемая излучателем, выше и составляет 3,9 кВт (в случае тиратронных источников питания — 3 и 3,6 кВт для пря- Ризл, Вт мой схемы и для схемы удвоения 20 напряжения соответственно). [c.177]

Влияние потерь световой энергии в отдельных элементах системы накачки на КПД лазера иллюстрируется иа рис, 2,18 расчетны-ли зависимостя.ми КПД лазера на фосфатном стекле от коэффициента 1тражения диффузно отражающего покрытия / д и от неактивных [c.106]

Предположим, что релаксация нижнего рабочего уровня обусловлена спонтанным испусканием. В этом случае для обеспечения высокой скорости релаксации надо использовать в соответствии с (1.1.16) в качестве нижнего рабочего уровня уровень, расположенный достаточно высоко по отношению к основному. Следовательно, рабочий переход должен иметь место между высоко расположенными уровнями, а это означает, что квантовый выход лазера ц = йш/ возб будет весьма низким. Для типичного газового лазера на атомных переходах, работающего в непрерывном режиме, энергия воаб Ю—20 эВ и величина П, как правило, не превышает 0,1. Использование высоко расположенных рабочих уровней приводит, кроме того, к уменьшению множителей V и / в выражении (1.1.5) для КПД лазера, поскольку существует вероятность возбуждения в процессе накачки низко расположенных дополнительных уровней, а также вероятность релаксации активных центров на эти уровни. Неудивительно, что КПД непрерывных газовых лазеров на атомных переходах оказывается всего лишь порядка 10 . [c.17]

КгР-лазер с такой энергией близок по своим возможностям к лабораторному драйверу. В США и Японии имеются серьезные проработки проектов КгР-установки на энергию 0,5-1 МДж. Одним из серьезных достоинств КгР-лазера, накачка активной среды которого осуществляется электронным пучком, является высокий КПД. На лазере NIKE уже сегодня достигнут полный КПД, равный 1,5%, и физический КПД — 6%. По проекту полный КПД лазера будет 5%, а физический до 12-15%. Еще одним важным достижением является высокая степень однородности распределения интенсивности по поперечному сечению пучка. Без использования дополнительных оптических элементов, выравнивающих распределение интенсивности по пучку (таких как различного рода фазовые пластины и линзы), неоднородность распределения в отдельном пучке лазера NIKE не превосходит 2-3%. Для КгР-лазера, как газового лазера, допускающего циклическую смену активной среды, ясные перспективы имеет решение проблемы частотного режима работы установки. Наиболее сложной проблемой, с точки зрения требований, предъявляемых к реакторному драйверу, является проблема ресурса работы. Причина состоит в способе накачки активной среды лазера. Дело в том, что электронные пучки накачки, рассеиваясь при взаимодействии с активной средой, а также рентгеновское излучение, образующееся при этом взаимодействии, оказывают серьезное разрушающее воздействие на оптические элементы лазера. На сегодняшнем уровне технологии, имеющиеся материалы покрытия оптических элементов могут обеспечить ресурс работы КгР-лазера только в несколько сот выстрелов. [c.27]

Инверсия населенности может поддерживаться несмотря на непрерывное лазерное излучение. Уровень выходной мощности в режиме непрерывного излучения зависит от термических свойств лазерного стержня. В этом отношении АИГ превосходит стекло, поэтому его предпочитают в качестве материала основы, когда требуется непрерывная генерация на высоком уровне средней мощности. Однако из неодимового стекла можно изготовить стержни гораздо больших размеров, которые лучше всего подходят для генерации импульсов очень высокой мощности с низким коэффициентом заполнения. Стало возможным получать несколько сотен ватт выходной мощности в режиме непрерывной генерации при накачке излучением криптоновой дуговой лампы. При этом общий КПД лазера может превышать 1 %. Однако в этих услови-ях лазер излучает на многих поперечных модах высокого порядка, и представляется, что для практических систем связи стабильность и надежность газоразрядной лампы меньше, чем это необходимо. Используя в качестве источника накачки вольфрамо-галондные лампы, можно [c.406]

Класс газовых лазеров является наиболее мно1 ообра шым в этот класс входят и самые коротко- и длинноволновый лазеры, и лазер с самым высоким КПД, и наиболее мощный (непрерывный) лазер. Накачка газовых лазеров можег осуществляться многочисленными способами, включая элекгрические разряды, электронные пучки, химические реакции, газодинамические процессы, процессы с участием продуктов ядерного расщепления. Инверсия населенностей может создаваться за счет возбуждения и ионизации электронным ударом, путем диссоциации молекул, химических реакций, образования возбужденных комплексов, пеннинговской ионизации, а также резонансной передачи энергии. [c.207]

Параметры систем О. л. зависят от характеристик осн. используемых узлов лазера, фотоприёмника, сканирующего устройства, модулятора и т. д. Наиб, широко в О. л. применяются лазеры, генерирующие в ИК-области спектра,— полупроводниковые, твердотельные, газовые. Полупроводниковые лазеры обеспечивают как непрерывный режим (до сотен мВт), так и импульсный (до сотен Вт) в ближней ИК-области спектра (X X 0,8—0,9 мкм). Модуляция полупроводниковых лазеров, как правило, осуществляется током накачки. Иа твердотельных лазеров в О. л. используются лазеры на разл. матрицах, активированных ионами неодима, в частности на основе алюмоиттриевого граната (A, = 1,06 мкм). Лазер на гранате, обладающий низким порогом возбуждения и хорошей теплопроводностью, может работать при больших частотах повторения импульсов, а также и в непрерывном режиме излучения при кпд до 3%. Предпочтительны в О. л. лазеры на двуокиси углерода (СО,-лазеры) с X 10,6 мкм, имеющие большой кпд (- 10%), мощность излучения от единиц Вт до кВт в непрерывном и МВт в импульсном режимах, узкую линию излучения (неск. кГц). [c.433]

Развитие полупроводниковых лазеров сделало Tiep neK-тивным использование их для накачки Т. л. Полупроводниковые лазеры (ПЛ) на основе монокристаллов арсенида галлия путём изменения состава позволяют получать генерацию в области 0,75 -н 1 мкм, что даёт возможность эффективно возбуждать генерацию на ионах Nd , TnT , Но , и Yb [5]. Накачка излучением ПЛ является близкой к резонансной, что в значит, степени снимает проблему наведённых термич. искажений в АЭ и позволяет относительно легко достигать предельно высокой направт jrenHo TH лазерного пучка. Получена непрерывная генерация на ионах Но (> г 2,) мкм), Тт (Х, 2,3 мкм), Ег (Я, 2.9 мкм), а также на разл. переходах ионов Порог генера1ши по мощности накачки в нек-рых случаях составляет единицы милливатт. Так, напр., порог генерации на ионах Но " в кристалле ИАГ—Тш —Но равен 4 МВт, а порог генерации на осн. переходе ионов N d в стекле не превышает 2 мВт. На целом ряде кристаллов с неодимом получена генерация второй гармоники. На осн. переходе неодима реализованы режимы модуляции добротности и синхронизации мод. Общий кпд неодимового непрерывного лазера с накачкой излучением ПЛ на длине волны генерации 1,06 мкм достигает 20%, [c.50]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...