Термооптические эффекты

Химический состав используемых жидкостей остается неизменным в течение 1—2 мес, после чего требуется обновление жидкостей. Это является одним из основных недостатков жидкостных лазеров. Кроме того, в жидкостях, особенно при больших мощностях, из-за термооптического эффекта могут образовываться термические линзы, приводящие к увеличению расходимости излучения. [c.64]

Современный этап развития лазерной техники характеризуется непрерывным увеличением промышленного выпуска лазеров и высокими темпами внедрения лазеров в народное хозяйство. Применение лазеров в машиностроении, в производстве приборов и элементов электронной техники способствует повышению надежности, качества и увеличению выхода годных изделий, улучшает условия труда и уменьшает трудоемкость производства. Среди лазерных технологических установок для сварки, резки, закалки и отжига материалов, сверления отверстий и других операций ведущее место в настоящее время принадлежит установкам с твердотельными лазерами. Твердотельные лазеры также широко используются для исследований и испытаний различных материалов, получения высокотемпературной плазмы и мягкого рентгеновского излучения. Опыт разработок и эксплуатации приборов показывает, что достижение высоких и стабильных во времени параметров лазеров и лазерного излучения (КПД, энергии и мощности излучения, расходимости, спектрального состава) не может быть обеспечено без учета в конструкции лазеров и при управлении режимами их работы различных эффектов, обусловленных нагревом элементов лазерного излучателя. Только при правильном выборе теплового режима элементов излучателя лазера, при устранении или частичной компенсации негативных проявлений термооптических эффектов можно обеспечить стабильность параметров лазеров и эффективное управление их характеристиками. [c.3]

Для обеспечения достаточно высокой стабильности технологических процессов в серийном и массовом производствах необходимо обеспечивать неизменность энергетических параметров лазерного излучения с точностью не менее чем 10%. В то же время, как это следует из рассмотрения влияния аберраций резонатора лазера на характеристики его излучения (см. гл. 2), термооптические искажения активных элементов твердотельных лазеров могут приводить к значительным изменениям энергии, мощности и расходимости излучения. Особенно внимательно к термооптическим эффектам необходимо относиться при выполнении операций, требующих равномерного распределения интенсивности излучения в зоне обработки (например, при проекционном способе) или высокой направленности излучения — 10 рад (прошивка субмикронных отверстий, получение мягкого рентгеновского излучения методом лазерной искры и др.). [c.117]

Важным фактором, влияющим на термооптические эффекты и параметры лазера в целом, является характер распределения плотности мощности накачки в объеме активного элемента р(1). Свойства осветителей обычно оцениваются относительной объемной плотностью мощности излучения накачки в активной среде qil)=p(l)/po, где ро —плотность излучения накачки на поверхности элемента. Используется также коэффициент [c.123]

Отметим, что с точки зрения анализа термооптических эффектов в лазерах импульсно-периодического и непрерывного режимов генерирования отсутствие точных данных о распределении тепловыделения в объеме элемента не вызывает серьезных проблем, так как в этих режимах температурное поле определяется общим тепловыделением и процессами теплоотвода (см. п. 1.2). Для качественной оценки систем накачки и сравнения их между собой по равномерности прокачки активных элементов вполне бывает достаточным получение какой-либо одной характеристики, связанной с распределением инверсной населенности. [c.125]

В настоящем параграфе рассмотрены отдельные примеры учета термооптических эффектов при подборе оптимальных параметров резонатора. [c.145]

Строго говоря, как показано в гл. 1, потери света в резонаторе из-за эффектов термооптического искажения активных элементов зависят от мощности накачки. Но в данном случае это не принципиально. [c.59]

Исследования влияния термооптических искажений на характеристики лазерного излучения развивались в общем русле работ, направленных на совершенствование лазерных оптических резонаторов как устройств преобразования запасаемой в активном элементе энергии в излучение с заданными характеристиками, и в значительной мере стимулировали эти работы практически неизбежное наличие термооптических искажений в резонаторе едва ли не в большей степени, чем другие источники аберраций, приводит к значительному ухудшению лазерных характеристик. Специфичное для термооптических искажений пространственно неоднородное двулучепреломление приводит к ряду своеобразных эффектов в лазерном излучении (самопроизвольной поляризации лазерного излучения [37, 91], резкому ухудшению контраста электрооптических затворов [138, 154] и т.п.). Устранение влияния неоднородной оптической анизотропии на характеристики излучения представляет значительные трудности не только в резонаторах устойчивой конфигурации [52, 60, 88, 92], но и при использовании неустойчивых резонаторов, которые значительно менее чувствительны по сравнению с прочими типами резонаторов к аберрациям, и при компенсации аберраций весьма мощными и перспективными методами обращения волнового фронта при нелинейных вынужденных рассеяниях [21,41,96]. [c.7]

Наиболее проста по схеме (но не по принципу работы) компенсация искажений, в которой используется эффект обращения волнового фронта (ОВФ) при вынужденном рассеянии (рис. 3.13). Излучение пропускается через усилительный лазерный элемент, термооптические искажения в котором необходимо скомпенсировать, и затем оно направляется в объем, заполненный прозрачной средой, обладающей большой оптической нелинейностью (стекла, жидкости, газы при высоком давле-Рис. 3.13. Компенсация искажений волново- НИи). [c.140]

Компенсация термооптических искажений методами нелинейной оптики пока еще не нашла широкого применения на практике. Это связано с новизной используемых эффектов и с присущим этим методам ограничением снизу по мощности [c.144]

Влияние повышения температуры активной среды и термооптических искажений элементов лазера на коэффициент усиления в среде и параметры резонатора (см. гл. 2) вызывает необходимость еще на стадии разработки лазера предусматривать компенсацию вредного воздействия этих эффектов на характеристики излучения. Однако из-за того, что одна и та же модель лазера может использоваться в различных технологических установках (при этом лазер эксплуатируется при разных режимах), полная компенсация не всегда технически реализуема. В таких случаях представляется необходимым заранее рассчитать пределы ожидаемого изменения характеристик лазера и предусмотреть возможности перестройки резонатора лазера в соответствии с изменением рабочих режимов. [c.145]

В заключение данного рассмотрения отметим, что в процессе работы мощного твердотельного лазера имеет место зависимость величины оптической силы ТЛ АЭ [ИЗ] или ТЛ какого-либо другого внутрирезонаторного элемента, например нелинейного [114], от мощности генерации. Этот эффект может быть связан как с поглощением доли мощности генерируемого излучения в элементе, так и с изменением теплового режима работы АЭ при наличии генерации. Подобные эффекты приводят к тому, что параметры резонатора, определяющие мощность генерации, сами начинают зависеть от последней. Такое самовоздействие может довольно сильно влиять, в силу высокой чувствительности резонатора одномодового лазера к термооптическим искажениям элементов, на параметры выходного излучения. Приводить к эффектам гистерезисного типа в зависимости выходных параметров излучения лазера от мощности накачки [114, 115]. При этом следует подчеркнуть, что и в этом случае использование схем с динамической стабильностью дает ослабление действия подобных механизмов. [c.226]

Процесс термооптической генерации описывается механическим уравнением движения, уравнением состояния с учетом тепловых эффектов ц уравнением теплового баланса, учитывающим ввод тепловой энергии, выделившейся в среде при поглощении света ). В случае жидкости в пренебрежении вязкостью и теплопроводностью (которые обычно несущественны) эта система может быть сведена к линеаризованному волновому уравнению для звукового давления с правой частью, описывающей действие термооптического источника (см., например, [11]) [c.360]

В книге рассмотрено современное состояние термооптики твердотельных лазеров, систематизированы материалы исследований термооптических явлений в лазерных активных средах. Дан анализ влияния термооптических аберраций и изменений температуры активной среды на характеристики излучения лазеров. Описаны приемы компенсации термооптических эффектов при конструировании и эксплуатации лазеров и рассмотрены вопросы выбора элементов излучателя лазера с учетом его термооптики. Приведены методы экспериментального определения термооптических деформаций активных элементов и термооптических характеристик сред. [c.2]

Достижение наивысших характеристик лазеров, работающих в напряженных режимах накачки, возможно лишь с использованием тех или иных приемов компенсации термооптических искажений, которые часто усложняют оптическую схему и конструкцию излучателя. В практике создания лазеров массового спроса часто предпочитают простоту конструкции достижению предельных характеристик. В этом случае учет термооптических эффектов при выборе элементов резонатора и их взаимного расположения, конструкции системы накачки, режима работы системы охлаждения является особенно необходимым. В настоящей главе рассмотрены лишь те вопросы выбора элементов и конструирования излучателей лазеров на неодимовом стекле и АИГ Nd, которые непосредственно связаны с термооптикой лазеров. Общие же рекомендации по конструированию твердотельных лазеров можно найти в работах [8, 119]. [c.118]

В качестве мер по управлению резонатором при эксплуатации могут быть рекомендованы подбор оптимальной геометрии и полезных потерь посредством перемещения или замены зеркал резонатора. В некоторых типах лазеров (например, мо-ноимпульсных с пассивным затвором) могут быть подобраны такие режимы, при которых частичная компенсация термооптических искажений активного элемента происходит автоматически за счет термооптических эффектов в других элементах резонатора. [c.145]

Изменения оптических свойств происходят также в температурном поле — в неоднородно нагретых слоях диэлектриков. Соответствующие термооптические эффекты особенно сильно проявляются и находят применение в жидких кристаллах. На их основе базируется термография и индикация высокочастотных излуненин некоторые жидкие кристаллы изменяют окраску уже при весьма небольшом изменении те.мпературы, причем цветовое изображение на пленке жидкого кристалла соответствует исследуемому тепловому полю. [c.30]

Отметим, что характерный поперечный размер неоднородности, на котором искажение оптического пути становится порядка длины волны, значительно (в 10 — 10 раз) превосходит длину волны. Термооптические искажения приводят к плавным изменениям волнового фронта, соответствующим небольшим поворотам нормали к эквифазной поверхности, а не к эффектам типа рассеяния, и поэтому описание пространственной структуры излучения лазеров с термически деформированными активными элементами может быть выполнено либо в терминах деформации [c.64]

Компенсация термооптических искажений методами нелинейной оптики. Компенсация сложных и меняющихся во времени искажений волнового фронта может быть выполнена методами, основанными на эффектах нелинейной оптики, принципиально отличающихся от изложенных выше оптотехнических или связанных с изменением структуры материала. Сразу же заметим, что эти методы, в которых используется наводимое в среде полем световой волны изменение показателя преломления, наиболее эффективны применительно к излучению с значительной плотностью мощности (большей или равной 100 кВт/см2) требования к когерентности излучения также могут быть довольно жесткими. К настоящему времени известно несколько приемов компенсации искажений волнового фронта [c.139]

Генерация звука движущимся распределенным источником в случае, когда скорость его движения близка к скорости звука в среде, может происходить настолько эффективно, что в возбуждаемой волне становятся заметными нелинейные эффекты. Такая ситуация возникает, например, при лазерном термооптическом возбуждении звука, а также в условиях вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна [Руденко, 1974 Карабутов и др., 1976]. [c.62]

Во-вторых, становится велик вклад термоупругой компоненты изменений показателя преломления в термооптические искажения ( )ронта волны, прошедшей через неоднородно нагретый активный элемент. Рассмотрению фотоупругих эффектов посвящен следующий параграф. [c.123]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...