Самопульсация

Эта статья может потребовать очистки, чтобы соответствовать стандартам качества Википедии . Конкретная проблема: форматирование, грамматика, согласованность. Пожалуйста, помогите улучшить эту статью, если можете. ( Сентябрь 2012 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Самопульсация - это временное явление в лазерах непрерывного действия . Самопульсация происходит в начале действия лазера . При включении насоса коэффициент усиления в активной среде возрастает и превышает установившееся значение. Число фотонов в резонаторе увеличивается, уменьшая коэффициент усиления ниже установившегося значения и так далее. Лазер пульсирует; выходная мощность в пиках может быть на порядки больше, чем между импульсами. После нескольких сильных пиков амплитуда пульсации уменьшается, и система ведет себя как линейный осциллятор с затуханием. Затем пульсация затухает; это начало работы в непрерывном режиме .

Уравнения [ править ]

Простая модель самопульсации имеет дело с числом фотонов в резонаторе лазера и числом возбуждений в активной среде . Эволюцию можно описать уравнениями:${\ displaystyle X}$${\ displaystyle ~ Y ~}$

${\ displaystyle ~ {\ begin {align} {{\ rm {d}} X} / {{\ rm {d}} t} & = KXY-UX \\ {{\ rm {d}} Y} / { {\ rm {d}} t} & = - KXY-VY + W \ end {align}}}$

где - константа связи, - скорость релаксации фотонов в лазерном резонаторе , - скорость релаксации возбуждения усиливающей среды , - скорость накачки ; - время прохождения света в резонаторе лазера , - площадь области накачки ( предполагается хорошее согласование мод ); - сечение излучения на частоте сигнала . является коэффициент передачи из выходного устройства . время жизни возбуждения из${\ Displaystyle ~ К = \ sigma / (st _ {\ rm {r}}) ~}$
${\ Displaystyle ~ U = \ тета L ~}$
${\ Displaystyle ~ В = 1 / \ тау ~}$
${\displaystyle ~W=P_{\rm {p}}/({\hbar \omega _{\rm {p}}})~}$
${\displaystyle ~t_{\rm {r}}~}$
${\displaystyle ~s~}$
${\displaystyle ~\sigma ~}$ ${\displaystyle ~\omega _{\rm {s}}~}$
${\displaystyle ~\theta ~}$
${\displaystyle ~\tau ~}$получить средний . - мощность накачки, поглощаемая в усиливающей среде (которая считается постоянной).
${\displaystyle P_{\rm {p}}}$

В аналогичной форме (с различными обозначениями переменных) такие уравнения появляются в учебниках по лазерной физике , например, в монографии А. Зигмана. ^[1]

Устойчивое решение [ править ]

${\displaystyle {\begin{aligned}X_{0}&={\frac {W}{U}}-{\frac {V}{K}}\\Y_{0}&={\frac {U}{K}}\end{aligned}}}$

Слабая пульсация [ править ]

Затухание небольшой пульсации происходит со скоростью

${\displaystyle {\begin{aligned}\Gamma &=KW/(2U)\\\Omega &={\sqrt {w^{2}-\Gamma ^{2}}}\end{aligned}}}$

где

${\displaystyle w={\sqrt {KW-UV}}}$

Практически эта частота может быть на порядки меньше частоты следования импульсов. В этом случае затухание автопульсации в реальных лазерах определяется другими физическими процессами, не учтенными вышеприведенными исходными уравнениями.

Сильная пульсация [ править ]

Переходный режим может быть важен для квазинепрерывных лазеров, которым необходимо работать в импульсном режиме, например, чтобы избежать перегрева. ^[2]

Считалось, что существуют только численные решения для сильной пульсации, пиков . Сильный выброс возможен, когда , т. Е. Время жизни возбуждений в активной среде велико по сравнению со временем жизни фотонов внутри резонатора. Пик возможен при низком демпфировании самопульсации, по обоим соответствующим параметрам и должен быть небольшим.${\displaystyle U/V\ll 1}$${\displaystyle u}$${\displaystyle ~v^{}~}$

Назначение реализации генератора Тода на оптическом стенде показано на рисунке 4. Цветные кривые - осциллограммы двух криков квазинепрерывного микрочипового твердотельного лазера с диодной накачкой на керамике Yb: YAG , описываемого формулой. ^[3] Жирная черная кривая представляет приближение в рамках простой модели с осциллятором Тоды . Имеется только качественное согласие.

Осциллятор Тоды [ править ]

Замена переменных

${\displaystyle {\begin{aligned}X&=X_{0}\exp(x)\\Y&=Y_{0}+X_{0}y\\t&=z/w\end{aligned}}}$

приводят к уравнению для осциллятора Тоды . ^{[4] [3]} При слабом затухании автопульсации (даже в случае сильного выброса) решение соответствующего уравнения может быть аппроксимировано элементарной функцией. Погрешность такой аппроксимации решения исходных уравнений мала по сравнению с точностью модели.

Пульсации реальной мощности реальных лазеров в переходном режиме обычно демонстрируют значительное отклонение от простой модели, приведенной выше, хотя модель дает хорошее качественное описание явления самопульсации.

См. Также [ править ]

• Твердотельные лазеры
• Дисковый лазер

Ссылки [ править ]

• Кехнер, Уильям. Твердотельная лазерная техника , 2-е изд. Спрингер-Верлаг (1988).

Внешние ссылки [ править ]

• https://web.archive.org/web/20070514062058/http://www.tcd.ie/Physics/Optoelectronics/research/self_pulse.php (самопульсация в полупроводниковых лазерах)