Методы управления временными характеристиками импульсно-периодического Nd3+YAG лазера с накачкой диодными матрицами
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
дуляцией добротности.
Резонатор лазера был образован глухим зеркалом З2 и выходным зеркалом З1 с коэффициентом отражения R = 55%. В качестве активного элемента использовался стержень из иттрий алюминиевого граната длиной 100 мм и диаметром поперечного сечения 6,3 мм. Концентрация ионов неодима составляла 1 ат. %. Использовалась конструкция квантрона наиболее подходящая для осуществления поперечной накачки. При использовании цилиндрического стержня диаметром 6,3 мм поперечная накачка осуществлялась с трех сторон (диодные матрицы располагались под углом 120 друг к другу) и соответственно с этим использовался трёхгранный квантрон рисунок 4.1.1. лазер электрооптический импульс затвор
Диодные матрицы были расположены с боков квантрона, позволяя осуществлять поперечную накачку, причем на каждую грань приходилось по 3 диодные матрицы. Общее число диодных матриц в этом случае было равно 9 (3 - на каждую из граней квантрона ). В данной установке использованы матрицы СЛМ-2М. На рисунке 4.1.2 показан внешний вид матрицы, представляющую собой многослойную двумерную наборную решетку с защитным герметичным стеклом.
Для отвода тепла от матриц и квантрона использовалась двухконтурная водяная система охлаждения. На рисунке 4.1.3 показан внешний вид компактной двухконтурной (вода-вода) системы охлаждения с термостабилизацией температуры на уровне ?t ? 10 С, которая рассчитана на теплоотвод не менее 4 кВт. Система охлаждения включает:
систему охлаждения диодных матриц
систему охлаждения активной среды лазера, и рабочих сред пассивного затвора и акустооптического затвора.
Система охлаждения диодных матриц является системой высокого давления (рн ~ 3 атм), так как при охлаждении диодных матриц воду необходимо прогонять по микроканалам вдоль линеек лазерных диодов диаметром не более 200 мкм с более жесткой системой стабилизации температуры (не более 0,5 0С). Такая стабилизация температуры обусловлена температурным уходом длины волны полупроводниковых лазеров. Для предотвращения засорения микроканалов система была снабжена дополнительным фильтром тонкой очистки (на рисунке 4.1.3 - справа). Максимальный расход воды в замкнутом контуре составлял 1,0 л/мин.
Блок питания диодных матриц рисунок 4.1.4 позволял изменять частоту следования импульсов тока накачки от 8 до 512 Гц, амплитуду импульса тока накачки от 20 до 30 А и длительность импульса тока накачки от 100 до 350 мкс.
В качестве модуляторов добротности использовались: пассивный затвор на основе кристалла Cr4+YAG, рисунок 4.1.5, акустооптический затвор (АОЗ) фирмы Falcon, рисунок 4.1.6, и электрооптический модулятор рисунок 4.1.7.
4.2 Оптическая, структурная и функциональная схемы экспериментальной установки
Структурная экспериментальной установки представлена на рисунке 4.2.1. Установка состояла из следующих основных частей: твердотельного лазера с диодной накачкой, внутри которого располагались квантрон, пассивный, электрооптический и акустооптический затвор, поворотной пластины из кварца, фотоприемника, измерителя энергии лазерного излучения и системы водяного охлаждения.
Рисунок 4.2.1 - Структурная схема экспериментальной установки.
Во всех экспериментах использовался импульсно-периодический режим работы Nd-YAG лазера с диодной накачкой. Для измерения формы и длительности импульса генерации использовался фотоприемник на основе PIN-диода с полосой пропускания ~ 1 ГГц рисунок 4.2.2, соединенный с высокочастотным осциллографом С1-75, с помощью которого наблюдалась форма импульса генерации.
Измерение импульсной энергии генерации и средней мощности излучения лазера выполнялись с помощью измерителя мощности и энергии ИМО - 2Н рисунок 4.2.3 (при средней мощности излучения до 20 Вт).
При измерении энергетических характеристик лазерное излучение заводилось в калориметр ИМО-2Н с помощью кварцевой пластины, а при измерении формы и длительности импульса кварцевая пластина закрывалась листом белой бумаги, и PIN-диод улавливал отраженное диффузным образом излучение от её поверхности.
На рисунке 4.2.4 представлена оптическая схема экспериментальной установки. Она включает в себя:1 - активный элемент Nd:YAG, 2 - диодные матрицы СЛМ-2М, 3 - водяной охладитель, 4 - пассивный модулятор добротности на основе кристалла Cr4+YAG, 5 - электрооптический модулятор добротности, 6 - глухое зеркало оптического резонатора, 7 - выходное зеркало с коэффициентом отражения R = 55%,8 - акустооптический модулятор добротности, 9 - кварцевая пластина с коэффициентом отражения R = 6%,10 - калориметр ИМО-2Н, 11 - PIN-диод, 12 - поляризационная призма электрооптического затвора, 13 - электрооптические элементы.
Рисунок 4.2.4 - Оптическая схема экспериментальной установки.
4.3 Управление параметрами длительности импульса методом пассивной модуляции добротности резонатора
В качестве пассивного затвора использовался насыщающийся поглотитель на основе кристалла Cr4+:Y3Al5O12 длиной l равной 3 мм и коэффициентом начального пропускания Т0=16,5 %. Диаметр кристалла D был равен 10 мм.
При работе в режиме с пассивной модуляцией добротности измерения проводились при длительности импульса тока накачки равной 200…350 мкс, частоте следования импульсов тока накачки 8-512 Гц и силе тока накачки I = 24…26 А. На рисунках 4.3.1 и 4.3.2 представлены типичные осциллограммы = 64 Гц.
В оптимальных условиях по тепловому режиму диодных матриц лазер работал при силе тока накачки Iр = 25 А. При уменьшении силы ?/p>