Методы управления временными характеристиками импульсно-периодического Nd3+YAG лазера с накачкой диодными матрицами
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
Реферат
В данном дипломном проекте проводятся исследование методов управления временными характеристиками импульсно-периодического Nd3+YAG лазера с накачкой диодными матрицами. Приведены расчеты параметров электрооптического модулятора добротности лазерного излучения для данной лазерной системы. Предлагаемый электрооптический модулятор позволит создать лазер с повышенной импульсной и средней мощностью генерации, который по своим техническим и эксплуатационным параметрам превосходит модулятор на основе пассивного фильтра, используемый ранее. Также в полном объеме рассмотрены экономическая часть и вопросы безопасности и экологичности проекта.
Ключевые слова: Nd3+YAG лазер, модуляция добротности лазерного излучения, синхронизация продольных мод, длительность импульса, электрооптический затвор, акустооптический затвор, пассивный затвор.
Abstract
this project carry out research of methods to control the time characteristics of a pulse-periodical Nd3+-YAG laser with a pumping of diode stacks. Calculations of parameters of the electro-optical Q-switch laser radiation of given laser system are resulted. The proposed electro-optic modulator allows to create the laser with high pulse and average power, which for a number of technical and operational parameters exceed passive modulator, which used earlier. Also fully considered the economic part, and questions of safety and environmental project.: Nd3+-YAG laser, Q-switch laser radiation, the synchronization of the longitudinal modes, duration of an impulse, electro-optical shutter, acousto-optical shutter, a passive shutter.
Введение
В настоящее время лазеры находят все более широкое применение в различных областях науки и техники, и используются для решения самых различных задач. Твердотельные лазеры (TJI) являются одним из наиболее распространенных типов лазерных излучателей. Они широко используются при построении лазерных систем, предназначенных для применения в научных исследованиях, в разнообразных технических устройствах, в технологических установках, военном деле, медицинских приборах. Столь значительное разнообразие применения твердотельных лазеров обусловлено возможностями выбора активных сред, способных генерировать мощное световое излучение в различных спектральных диапазонах и в широком временном интервале длительностей импульсов [1].
Среди них особое место занимают твердотельные лазеры, работающие в режиме модуляции добротности резонатора. Такие лазеры позволяют получать наносекундные и пикосекундные световые импульсы высокой мощности. Данные лазерные системы применяются:
для обработки материалов;
для дистанционного зондирования;
для удаления (лишнего) материала лазерным излучением;
для лазерной резки и сварки металлов;
для мониторинга атмосферы.
Наиболее часто режим модуляции добротности и синхронизации продольных мод резонатора осуществляются с применением пассивных, акустооптических и электрооптических затворов. Данные затворы обладают различными свойствами и характеристиками, вследствие чего имеют различные области применения [2].
Метод пассивной модуляции добротности, в сочетании с достаточно высокими параметрами излучения, отличается простотой установки затвора в резонаторе и не требует использования дополнительных источников питания. Лазеры с пассивной модуляцией добротности могут, в частности, работать в режимах генерации моноимпульса и сверхкоротких импульсов.
Лазеры с акустооптической модуляцией добротности могут использоваться для генерации моноимпульса, последовательности (цуга) импульсов и отклонения лазерного луча.
Лазеры с электрооптической модуляцией добротности могут использоваться для генерации моноимпульса, последовательности (цуга) импульсов и сверхкоротких импульсов, с управляемой частотой повторения и управляемой длительностью импульса.
Целью дипломной работы являлось исследование методов управления временными характеристиками импульсно-периодического Nd3+-YAG лазера с накачкой диодными матрицами.
Достижение поставленной цели требует решения следующих задач:
.Изучение принципа работы импульсно-периодического Nd3+-YAG лазера с накачкой диодными матрицами.
.Изучение различных режимов работы Nd3+-YAG лазера с накачкой диодными матрицами.
.Расчет оптических и электрических параметров электрооптического модулятора добротности.
.Экспериментальное исследование различных методов управления временными характеристиками твердотельного лазера с диодной накачкой.
Объект исследования: лазерная установка на основе твердотельного Nd+3YAG лазера с диодной накачкой.
Предмет исследования: акустооптический, пассивный и электрооптический методы управления длительностью и мощностью импульса твердотельного импульсно-периодического лазера.
База исследования: ОАО Рязанский радиозавод.
1. Технико-экономическое обоснование
Расширение области применения импульсных лазеров, а в частности твердотельных лазеров, выдвигает новые требования к методикам управления их временными характеристикам, такими как управление, частотой повторения импульсов и управление длительностью импульса. Для этих целей, как правило, используют модуляторы добротности лазерного излучения. Наиболее стабильными и высокочастотными модуляторами являются затворы на основе линейного электрооптического эффекта Поккельса. Так, например, данные лазерные системы активно используются в процессе лазерной абляции.
При низкой мощности лазера вещество испаряется в виде свободных