Создание лазера на кристалле YAlO3 с диодной накачкой и исследование генерационных характеристик
Контрольная работа - Компьютеры, программирование
Другие контрольные работы по предмету Компьютеры, программирование
ломления и др.). Из литературных данных [1] известны оптические и генерационные характеристики для кристалла, вырезанного перпендикулярно оси c. В нашем распоряжении имелся кристалл, вырезанный в форме цилиндра предположительно поперек оси b. Продольная ось цилиндра лежала в плоскости осей a,c.
.3 Спектр пропускания
Для исследования спектральной зависимости пропускания кристалла была собрана экспериментальная установка Рис.3.
Рис.3. Экспериментальная установка для измерения спектра пропускания: 1 - галогенная лампа, 2 - линза, 3 - световодное волокно с фокусирующей системой, 4 - линейный поляризатор Глана, 5 - прерыватель, 6 - монохроматор, 7 - фотодиод, 8 - образец кристалла.
Излучение галогенной лампы (1) мощностью 12 Вт собиралось линзой (2) и направлялось в оптический световод с фокусирующей системой (3). Затем световой пучок диаметром 2 мм проходил через линейный поляризатор Глана (4) и попадал на торец образца кристалла (8). Далее излучение попадало на входную щель монохроматора МДР-2 (6) с дифракционной решеткой 600 штрихов/мм. Оптический сигнал с выходной щели монохроматора принимался фотоприемником (7). Излучение модулировалось прерывателем (5) с частотой модуляции 279 Гц. Спектр поглощения зависит от поляризации проходящего излучения. Максимальный коэффициент поглощения наблюдался на длинах волн 769 нм и 787 нм (Рис.4.). Для ортогональной поляризации значительно меньше.
Рис.4. Спектр пропускания Tm:YAP.
Длина волны диодной линейки подбиралась исходя из максимального коэффициента поглощения излучения, проходящего через кристалл. Из Рис.5. видно, что минимум пропускания соответствует температуре линейки в 18 С.
Рис.5. Температурная характеристика лазерной линейки
.4 Спектр люминесценции
Для исследования спектральной зависимости люминесценции кристалла была собрана экспериментальная установка Рис.6.
Рис.6. Экспериментальная установка для измерения спектра люминесценции: 1 - линейка лазерных диодов, 2 - световодное волокно, 3 - фокусирующая система, 4 - прерыватель, 5 - линза, 6 - монохроматор, 7 - фотодиод, 8 - образец кристалла.
Образец кристалла (8) накачивался излучением диодной линейки (1) с волоконным выходом (диаметр 400 мкм). Система линз (3) фокусировала излучение пучка накачки в пятно диаметром 400 мкм в кристалл (8). Люминесценция образца фокусировалась линзой (5)с фокусным расстоянием f = 3,5 см на входную щель монохроматора МДР-42 (6)(решетка 600 штрихов/мм). За выходной щелью монохроматора устанавливался PbS фотодиод (7) (PDA30G, область спектральной чувствительности 1-3 мкм). Сигнал с фотодиода подавался на селективный нановольтметр. Излучение модулировалось прерывателем (4) с частотой модуляции 590 Гц. Спектр люминесценции был измерен для трех случаев: неполяризованное излучение, для двух ортогональных поляризаций. Для этого перед входной щелью монохроматора ставилась поляризационная призма Глана. В полученном спектре можно выделить три линии с наибольшей интенсивностью, максимумы которых соответствуют длинам волн 1790 нм, 1855 нм и 1935 нм. (Рис.7.).
Рис.7. Спектр люминесценции Tm:YAP.
2. Исследование генерационных характеристик лазера (эксперимент)
.1 Штарковское расщепление основного и возбужденных состояний
Электронные энергетические уровни иона Tm3+ в кристаллической решетке YAP расщепляются на штарковские подуровни и сдвигаются под действием внутрикристаллического поля. Штарковские подуровни уровней энергии 3H6, 3H4, 3H5 и 3F4, показанные в табл. 3, взяты из [2]. Также приведены соответствующие им коэффициенты заселенности, рассчитанные по формуле:
, где .
Табл.3. Энергии и заселенности штарковских подуровней.
Stark level3H63H43H53F41 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120 3 65 114 210 237 271 282 313 440 574 6280.2039 0.2009 0.1482 0.1165 0.0728 0.0637 0.0539 0.0511 0.0439 0.0235 0.0122 0.00945624 5627 5716 5722 5819 5843 5935 5965 59830.2201 0.2169 0.1402 0.1361 0.0842 0.0752 0.0479 0.0413 0.03788261 8265 8322 8345 8376 8459 8482 8564 8589 85990.1892 0.1855 0.1402 0.1253 0.1076 0.0716 0.0640 0.0428 0.0378 0.036012515 12574 12667 12742 12783 12872 12885 12910 129500.2925 0.2190 0.1388 0.0960 0.0785 0.0507 0.0476 0.0421 0.0346
Используя значения энергий штарковских уровней (Табл.3.) были вычислены величины энергий и длин волн, возможных излучательных переходов между 3H4 >3H6 (Табл.4., Рис.8.).
Табл.4. Квантовые переходы излучения.
Номер переходаEв - Ен,см-1?, нмХ151841929,0Х253111882,8Х353421871,9Х453531868,1Х555591798,8Х650531979,0Х751871927,8Х853141881,8Х953451870,9Х1053561867,1Х1155131813,9
Рис.8. Квантовые переходы генерации излучения Tm:YAP с учетом штарковских подуровней.
Проводилось сравнение измеренных спектров люминесценции с длинами волн излучательных переходов. Для основных максимумов, наблюдаемых в спектре люминесценции, были отождествлены следующие переходы: X5 - 1798 нм, X10 - 1867 нм, X1 - 1929 нм. Рис.8. был построен исходя из предположения, что в возбужденном состоянии 3Н4 в основном заселены два нижних штарковских подуровня с энергиями 5624, 5627 см-1. Эти подуровни являются стартовыми в излучательных переходах. Генерацию возможно получить на переходах, для которых наименьшие потери связанные с поглощением. Согласно температурному заселению штарковских подуровней состояния 3Н6 нижним уровнем лазерного перехода должен являться уровень с энергией 440 см-1.
.2 Схема установки
Для исследования генерационных характеристик лазера была собрана экспериментальная установка Рис.9.Накачка осуществлялась лазерной диодной линейкой с волоконным выходом FAP800 (1). Кристалл YAlO3: Tm3+устанавливался в медный корпус, температура которого регулировалась в диапазоне 10 - 24 С с ?/p>