Методы управления временными характеристиками импульсно-периодического Nd3+YAG лазера с накачкой диодными матрицами
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
для изменения угла ? нужно изменять длину акустической волны ?. Тогда для угла ? между неотклоненным и отклоненным лучом можно написать простое выражение
(2.1.4)
Ширина полосы пропускания или быстродействие дефлектора определяется временем прохождения акустическим волновым фронтом диаметра светового луча. Поэтому желательно сфокусировать или сколлимировать пучок до минимально возможного диаметра, чтобы обеспечить минимальное время прохождения и максимальную полосу пропускания дефлектора. Часто диаметр лазерного луча является основным ограничивающим фактором, так как при большой интенсивности лазерный луч может вызвать оптическое повреждение (пробой) акустооптической среды.
На основе эффектов дифракции и рефракции света на УЗ создаются активные оптические элементы, позволяющие управлять всеми параметрами светового луча, а также обрабатывать информацию, носителем которой являются как световая, так и звуковая волны. Основу таких устройств составляет акустооптическая ячейка (АОЯ), состоящая из рабочего тела (твердотельного образца или кюветы с жидкостью), в объеме которого происходит взаимодействие света с УЗ-волной, и излучателя УЗ (обычно пьезоэлектрического преобразователя). В зависимости от назначения имеется несколько типов акустооптических приборов: дефлекторы, модуляторы, фильтры, процессоры и др.[4]
Если акустооптическую ячейку поместить в резонатор лазера, то до тех пор, пока к преобразователю приложено электрическое напряжение, в резонаторе существуют дополнительные потери. Часть лазерного пучка выводится из резонатора вследствие дифракции излучения на наведенной фазовой решетке. Если приложенное напряжение достаточно велико, то дополнительные потери приведут к прекращению лазерной генерации. Возвращение лазера в состояние с высокой добротностью происходит при выключении электрического напряжения на преобразователе.
Акустооптические устройства используются как для внешнего управления световым лучом, так и для управления процессом генерации и параметрами когерентного излучения внутри оптического квантового генератора. Использование акустооптических фильтров в лазерах с широким спектром генерации позволяет получать узкие линии излучения, перестраиваемые внутри диапазона генерации изменением акустической частоты. Введение акустической волны непосредственно в активную среду позволяет осуществлять распределенную обратную связь, при которой переотражения светового излучения возникают в результате дифракции его на УЗ-волне. Распределенная обратная связь обеспечивает высокую спектральную селективность и позволяет управлять интенсивностью генерируемого света, меняя эффективность обратной связи за счет изменения амплитуды звуковой волны. Акустооптические модуляторы обладают некоторыми важными преимуществами по сравнению с электрооптическими модуляторами при их использовании в различных системах. Так, электрическая мощность, необходимая для создания акустической волны, довольно невелика. Затраты электрической мощности часто составляют всего лишь несколько ватт. Относительно легко может быть получен очень высокий коэффициент контрастности, так как при отключении электрической мощности в направлении дифрагированного луча света не будет. Акустооптические устройства могут быть компактными, и они предпочтительны для систем с ограничениями по весу и габаритам. Акустооптические модуляторы имеют следующие достоинства:
возможность получения высокой пропускной способности;
простоту управления отклоняемым лучом;
простоту конструкции отклоняющего элемента;
широкую возможность использования данного дефлектора для различных целей.
Оксид теллура (парателлурит) - один из наиболее эффективных акустооптических кристаллов [5]. Известны три фазы ТеО2:
тетрагональная фаза со структурой рутила;
орторомбическая фаза со структурой броакита;
вторая тетрагональная фаза - искаженная структура рутила (парателлурит).
Парателлурит (точечная группа симметрии - 422 ) пока единственная фаза ТеО2, полученная в виде искусственных монокристаллов.
На рисунке 2.1.3 показана структура парателлурита, атом теллура окружен шестью ионами кислорода, образующими искаженный октаэдр. Расстояния между парами ионов кислорода в таком октаэдре неодинаковы и составляют 0,191, 0,209 и 0,289 нм. Параметры решетки для этой фазы а = 0,4796 + 0,0002 нм и с = 0,7626 0,0002 нм [5].
Рисунок 2.1.3 - Структура парателлурита;
В настоящее время стали доступными коммерческие модели с разрешением 100 - 1000 dpi и временем отклонения порядка нескольких микросекунд.
2.2 Метод пассивной синхронизации продольных мод
Метод синхронизации мод позволяет получить генерацию лазерных импульсов сверхкороткой длительности (от нескольких десятков фемтосекунд до нескольких десятков пикосекунд). Синхронизация мод соответствует условию генерации, при котором моды резонатора генерируют с примерно одинаковыми амплитудами и синхронизованными фазами. Рассмотрим многомодовую генерацию [4]. Пусть для определенности генерация осуществляется на (2N+1) аксиальных модах, разделенных частотным интервалом [4]:
. (2.2.1)
Обозначим собственную частоту центральной моды . Тогда полное электрическое поле E(t) электромагнитной волны в некоторой произвольной точке, например на зеркале резонатора, можно записать в комплексной форме:
<