Методы управления временными характеристиками импульсно-периодического Nd3+YAG лазера с накачкой диодными матрицами
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
араметрических генераторов света. Соединения боратов используют структурные типы, обладающие значительной оптической нелинейностью. В частности, высокую нелинейность проявляют кристаллы низкотемпературной модификации метабората бария (?-BaB2O4) и кристаллы бората лития (LiB3O5). Высокотемпературная фаза ? - BaB2O4 имеет симметрию RC, а низкотемпературная ? - BaB2O4 - R3C. ?-борат бария имеет хорошие механические свойства (твердость ВВО составляет 4 единицы по шкале Мооса), хорошо полируется, мало растворим в воде, негигроскопичен [5].
Кристаллическая структура ВВО состоит из плоских анионных групп (В3О6)3- рисунок 2.3.3, которые образуют почти плоские кольца перпендикулярные полярной оси [5].
Основные свойства ?-BaB2O4 приведены в таблице 3.3.1
Таблица 2.3.1 - Свойства кристаллов боратов
Свойство?-BaB2O4Пространственная группа Точечная группа Параметры решетки, нм Температура плавления, С Температура начала кристаллизации, С ?>? переход, СR3C 3m a=1.2532 c=1.2717 1105 900 925
2.4Постановка задачи исследований
На основании проведенного обзора литературы можно сделать следующие общие выводы:
Акустооптические модуляторы при всех своих достоинствах обладают сравнительно невысоким быстродействием и не позволяют получать импульсы, длительность которых существенно короче 1 мкс.
Пассивные затворы на основе просветляющихся поглотителей, хотя и обладают высоким быстродействием, имеют два серьезных недостатка:
)параметры импульса генерации лазера с пассивным затвором флуктуируют вблизи неких средних значений, что приводит к нестабильной и плохо управляемой работе лазерной системы;
)при работе на высокой частоте следования импульсов генерации (из-за сильного поглощения энергии лазерного излучения) необходимо обеспечить хороший теплоотвод от затвора, что существенно усложняет его конструкцию.
Затвор на основе ячейки Поккельса не имеет указанных выше недостатков. В частности, модулятор, использующий в качестве электрооптического элемента кристалл ВВО, обладает высоким быстродействием, имеет большую лучевую прочность и может работать на частотах следования импульсов генерации свыше 1 кГц. Единственным существенным недостатком этого кристалла является довольно высокое полуволновое напряжение. Однако современная элементная база электроники позволяет без заметных ухищрений получать короткие высоковольтные импульсы, амплитуда которых достаточна для управления электрооптическим затвором на кристалле ВВО.
Таким образом, при получении мощных коротких импульсов генерации в твердотельных лазерах с диодной накачкой, работающих на частоте следования импульсов ~1 кГц, наиболее перспективным затвором является модулятор на основе ячейки Поккельса.
3. Теоретическая часть
.1 Расчет оптических характеристик электрооптического затвора
При расчете параметров электрооптического затвора необходимо знать параметры лазерной системы работающей в режиме свободной генерации. В нашем распоряжении имелась лазерная установка на основе твердотельного лазера с диодной накачкой со следующими выходными характеристиками: энергия лазерного излучения W = , длительность импульса излучения ф = 300 мкс и частота следования импульсов f = 8 - 512 Гц.
Очевидно, что в этом случае средняя мощность:
(3.1.1)
и, следовательно, максимальная средняя мощность генерации ?200 Вт, при f=512 Гц, а пиковая плотность мощности в неcфокусированном пучке достигает значений I0?3,5 кВт/см2.
Плотность мощности на выходе из ЭОЗ I2 будет определяться следующим выражением:
, (3.1.2)
где - интенсивность света на входе модулятора;
- интенсивность отраженного от граней кристалла света (если грани кристалла просветлены, то этой величиной можно пренебречь);
- полуволновое напряжение.
При этом интенсивность отраженного от граней кристалла света равна
(3.1.3)
где - коэффициент отражения, определяется с помощью формулы Френеля
(3.1.4)
где - показатели преломления, электрооптического кристалла и воздуха соответственно.
Для кристалла ВВО в соответствии с таблицей 3.1.2 имеем
=0,061.
При 1% флуктуации подаваемого на затвор полуволнового напряжения плотность мощности на выходе ЭОЗ равна
С помощью формулы (3.1.2) можно рассчитать потери вносимые модулятором:
(3.1.5)
Одной их важнейших характеристик затвора является величина называемая контрастом Imax/Imin, которая связана с глубиной модуляции. Приемлемым значением контраста считается значение равное 200.
Глубина модуляции рассчитывается по формуле:
= 0,995 (3.1.6)
где и - интенсивность света при полностью открытом и закрытом состоянии затвора и рассчитываются по формуле:
(3.1.7)
где - коэффициент прозрачности поляризатора;
- угол между плоскостями поляризации падающего света и поляризатора.
С помощью выражения (3.1.6) можно рассчитать
.
Следовательно, из выражения (4.1.7), угол между плоскостями поляризации падающего света и поляризатора при закрытом с заданной контрастностью состоянии затвора
1,5.
В современны?/p>