Методы управления временными характеристиками импульсно-периодического Nd3+YAG лазера с накачкой диодными матрицами
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
молекул, атомов и ионов, то есть над облучаемой поверхностью образуется слабая плазма ).
Режим лазерной абляции иногда также называется лазерной искрой. Лазерная абляция применяется в разнообразных областях:
-отбор проб для анализа вещества (LIBS, LA ISP OES, LA ICP MS)
обработка деталей (micromachining)
получение тонких пленок, в том числе новых материалов (PLD)
Так же они используются для лазерного зондирования атмосферы. В лидарных системах наиболее часто применяются Nd3+:YAG - лазеры и высокоскоростные затворы (электрооптические).
Периодичность следования импульсов или модулирующая частота выбираются так, чтобы пауза между двумя последовательными импульсами была не меньше, чем время отклика от обнаружимых целей (которые могут физически находиться дальше, чем расчётный радиус действия прибора).
2. Обзор литературы
.1 Акустооптическая модуляция добротности
Модуляция света - это изменение его параметров в зависимости от управляющего (модулирующего) сигнала. Модуляция добротности может применяться в большинстве мощных лазеров, у которых время жизни лазерного уровня сравнимо с длительностью периода накачки, поскольку в таких системах энергия запасается за счет создания инверсии населенностей. Это достигается за счет того, что вначале потери резонатора делаются очень большими. Это предотвращает возникновение лазерной генерации и позволяет перевести значительную долю энергии накачки в энергию инверсии населенностей. Затем в подходящий момент (в идеале - когда инверсия населенностей достигает насыщения) потери резонатора резко снижаются (т. е. резко увеличивается добротность резонатора Q), создавая тем самым условия для начала генерации. Усиление за проход системы теперь заметно превышает пороговое значение, в результате чего происходит быстрое нарастание генерации лазерного излучения, преобразующей энергию инверсии населенностей в энергию электромагнитного излучения. При этом выходящее лазерное излучение имеет форму короткого импульса большой интенсивности. На рисунке 2.1.1 показано изменение во времени диаграммы накачки ?н(t), населенности верхнего лазерного уровня N2(t), мощности излучения Pвых(t), добротности лазера Q(t).[3]
Рисунок 2.1.1 - Временные диаграммы развития лазерного импульса
Принцип действия акустооптического модулятора основан на акустооптическом эффекте, связанном с изменением показателя преломления оптической среды под влиянием механических напряжений, сопровождающих прохождение акустической волны через эту среду и обусловливается упругооптическим, или фотоупругим, эффектом. С помощью акустической волны, генерируемой, например, каким-либо пьезоэлектрическим устройством, в оптическом элементе модулятора создается заданный профиль показателя преломления, рисунок 2.1.2. Проще всего осуществить периодическое изменение показателя преломления среды, создавая для света своеобразную дифракционную решетку, период которой равен длине акустической волны, а амплитуда пропорциональна амплитуде звука, и которая передвигается в среде со скоростью звука (фазовая решетка бегущей волны)[3].
Рисунок 2.1.2 - Падающий, прошедший и дифрагированный пучки в акустооптическом модуляторе
Изменяя шаг решетки и ее глубину путем изменения частоты и амплитуды акустической волны, возможно осуществлять модуляцию света.
При отсутствии звуковых волн луч света не отклоняется от первоначального направления. Для вещества с данной скоростью звука длина акустической волны или период решетки является функцией частоты задающего генератора в соответствии с формулой [3]
(2.1.1)
где ? - длина звуковой волны, а угол отклонения при этом определяется длиной акустической волны.
Амплитуда возмущения в среде зависит от подаваемой на пьезоэлектрический преобразователь мощности, она определяет долю энергии отклоненного луча и может быть использована для управления интенсивностью луча. В этом случае модуляцию луча производят на постоянной радиочастоте за счет модуляции подаваемой на преобразователь мощности. Величина пропускания акустооптического модулятора описывается выражением [3]
(2.1.2)
где ? - некоторый параметр определяемый рабочим веществом и конфигурацией акустооптического модулятора;
Р? - мощность акустического излучения в среде;
Т0 - исходное пропускание, определяемое потерями на отражение и поглощение в рабочем веществе акустооптического модулятора.
Дифракция световых волн на акустических волнах удовлетворяет тем же самым соотношениям, что и дифракция рентгеновских лучей и известна как брегговское отражение. Брегговский угол отражения ? определяется уравнением [3]
(2.1.3)
где ? - длина волны света;
? - акустическая длина волны;
n - показатель преломления кристалла.
Следовательно,