Методы управления временными характеристиками импульсно-периодического Nd3+YAG лазера с накачкой диодными матрицами
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
? электрооптических затворах используются различные кристаллы, для которых применяется поперечная схема, таких, как LiNbO3, LiTaO3, BBO и КТР. В последнее время для модуляции добротности твердотельных лазеров с высокой импульсной мощностью успешно применяется кристалл ВВО. Для решения поставленной в данной работе задачи, наиболее подходящим является электрооптический кристалл ВВО, поскольку обладает следующим необходимым характеристиками:
-Широкий диапазон фазового синхронизма от 410 нм до 2100 нм;
Диапазон прозрачности от 190 нм до 3500 нм;
Большая эффективность генерации второй гармоники (SHG), коэффициент примерно в 6 раз больше, чем у кристалла KDP;
Высокий порог повреждения от 10 ГВт/см2 при длине импульса 100 пс на длине волны 1064 нм;
Высокая оптическая однородность ?n 10-6/см;
Широкой температурной пропускной способностью около 55 C;
Низкий термооптический коэффициент;
Один из наиболее эффективных удвоителей частоты лазеров на ионах аргона, парах меди и рубиновых лазеров;
Структурные и физические свойства кристалла ВВО сведены в таблице 4.1.1, а линейные и нелинейные оптические - в таблицах 4.1.2 и 4.1.3.
Таблица 4.1.1 - Структурные и физические свойства:
Кристаллическая структура: Тригональная, пространственная группа R3c Параметры решетки: a = b = 12.532 , c = 12.717, Z = 6 Температура плавления: 1095+ 5C Температура перехода: 925+ 5C Оптическая однородность: дn ? 10-6/см Твердость по Моосу: 4 Плотность: 3.85 г/см3 Коэффициент поглощения: < 0.1%/см (на 1064 нм) Удельная теплоемкость: 1.91 Дж/cм3 •K Гигроскопическая чувствительность: Низкая Коэффициенты теплового расширения: a, 4 • 10-6/K; c, 36 • 10-6/K
Таблица 4.1.2 - Линейные оптические свойства:
Диапазон прозрачности: 189-3500 нм Уравнения Зельмейера: (л, м) no2=2.7359+0.01878/(л 2-0.01822)-0.01354л 2? ne2=2.3753+0.01224/(л -0.01667)-0.01516l2Показатели преломления: 1064 нм ne = 1.5425, no = 1.6551 Термооптические коэффициенты: dno/dT = -9.3 • 10-6/C dne/dT = -16.6 • 10-6/C
Таблица 4.1.3 - Нелинейные оптические свойства:
Рабочий диапазон длин волн: 189 - 1750 нм Нелинейные коэффициенты: d11 = 2,55 пм/В d31 = 0,13 пм/В d22 < 0,13 пм/ВЭффективные выражения нелинейностиdooe= d31 sinq +(d11 cos3f - d22 sin3f) cosq deoe= (d11 sin3f + d22 cos3f) cos2q Электрооптические коэффициенты: g11 = 2.7 пм/В, g22, g31 < 0.1g11 Пороговая прочность: 1064 нм 5 ГВт/см2 (10 нс); 10 ГВт/см2 (1.3 нс)
В зависимости от тепловыделения q в кристалле, особенностей функционирования и свойств охлаждаемого оптического элемента могут быть применены различные способы охлаждения: газовые (q < 10 Вт/см2), жидкостные (q<500 Вт/см2) и комбинированные (q <800 Вт/см2). С помощью воздушных систем термостабилизации удается получить коэффициент теплообмена около 150...500 Вт/(м2К). При жидкостном способе охлаждения значения коэффициента теплообмена достигают 10 кВт/(м2 К).
Зная характеристики лазерной системы, работающей без электрооптического затвора, можно оценить требуемый способ охлаждения. Параметры лазерной системы без электрооптического затвора можно считать следующими:
-Длительность импульса генерации ?и = 100-350 мкс.
-Время жизни верхнего лазерного уровня ?ф = 250-350 мкс.
Частота следования импульсов f = 8 - 512 Гц.
Импульсная энергия генерации Wp ? 0,5 Дж.
Средняя мощность излучения Pср ?0,25 кВт.
Из формулы 3.1.2 следует, что не более 15% энергии перейдет в тепло (порядка 37 Вт) и, очевидно, что для осуществления эффективного охлаждения электрооптического затвора в нашем случае достаточно использовать принудительное воздушное охлаждение.
3.2 Расчет электрических параметров электрооптического затвора
Расположение и количество оптических элементов в электрооптическом затворе может быть различно, так при использовании чётного числа электрооптических кристаллов в ячейке Поккельса не устанавливается входная поляризационная призма. Оптические оси двух соседних электрооптических кристаллов ориентированы ортогонально друг к другу, как показано на рисунке 3.2.1. При таком расположении кристаллов разность фаз между обыкновенной и необыкновенной волнами, возникающая при прохождении первого кристалла, компенсируется во втором кристалле. Поэтому фазовый сдвиг между этими волнами после прохождения всех электрооптических кристаллов будет определяться только анизотропией обусловленной эффектом Поккельса. В этом случае для получения фазового сдвига ??=? подается полуволновое управляющее напряжение U?/2.
Рисунок 3.2.1 - Оптическая схема электрооптического модулятора при использовании чётного числа электрооптических кристаллов.
В модуляторе с одним электрооптическим кристаллом фазовый сдвиг между обыкновенной и необыкновенной волнами создается за счет естественной анизотропии кристалла и анизотропией обусловленной эффектом Поккельса, как показано на рисунке 3.2.2. Направление поляризаторов, соответствующие направлениям пропускания вектора световой волны, взаимно перпендикулярны. Потому в данном случае для получения фазового сдвига ??=? подается четверть волновое управляющее напряжение U?/4.
Рисунок 3.2.2 - Оптическая схема электрооптического модулятора при использовании одного электрооптического кристалла.
В данной работе рассматривается внутренняя модуляция лазерного излучения с помощью электрооптического затвора, при которой электрооптический элемент помешают внутрь оптического резонатора. Поэтому наиболее подходящим будет электрооптический модулятор с четным числом электрооптических кристаллов, а именно с д?/p>