Расчет выходных характеристик лазера, работающего в непрерывном режиме

Стр 1 из 3Следующая ⇒

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

БЕЛОРУСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Приборостроительный факультет

Кафедра «Лазерная техника и технологии»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

КУРСОВОЙ РАБОТЫ

«Расчет выходных характеристик лазера, работающего в непрерывном режиме»

Студент

группы 11311112 А.А. Шиманович

Руководитель К.В. Юмашев

Минск 2015

Содержание

РЕФЕРАТ. 4

ВВЕДЕНИЕ.. 5

1.Режимы работы лазеров………………………………………………………………... 6

1.1. Лазер работающий в непрерывном режиме………………………………………... 6

2. Расчет выходных характеристик лазера, работающего в непрерывном режиме…...8

2.1. Лазер работающий по четырехуровневой схеме……………………………………8

2.2. Лазер работающий по четырехуровневой схеме. 12

3. Анализ полученных результатов. 14

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 15

ЛИТЕРАТУРА.. 16

РЕФЕРАТ

В данной курсовой работе темой является расчет характеристик лазера, работающего в непрерывном режиме. А именно: на основе скоростных уравнений, описывающий работу трехуровневого и четырехуровневого лазера в непрерывном режиме, получить выражения для пороговой инверсии населенностей и выходной мощности излучения лазера.

Введение

Ла́зер (англ. laser, акроним от light amplification by stimulated emission of radiation «усиление света посредством вынужденного излучения»), или опти́ческий ква́нтовый генера́тор — это устройство, преобразующее энергию накачки (световую, электрическую, тепловую, химическую и др.) в энергию когерентного, мнохроматического, поляризованного и узконаправ- ленного потока излучения.

Физической основой работы лазера служит квантовомеханическое явление вынужденного (индуцированного) излучения. Излучение лазера может быть непрерывным, с постоянной мощностью, или импульсным, достигающим предельно больших пиковых мощностей. Существует большое количество видов лазеров, использующих в качестве рабочей среды все агрегатные состояния вещества. Некоторые типы лазеров, например лазеры на растворах красителей или полихроматические твердотельные лазеры, могут генерировать целый набор частот (мод оптического резонатора) в широком спектральном диапазоне. Габариты лазеров разнятся от микроскопических для ряда полупроводниковых лазеров до размеров футбольного поля для некоторых лазеров на неодимовом стекле. Уникальные свойства излучения лазеров позволили использовать их в различных отраслях науки и техники, а также в быту, начиная с чтения и записи компакт-дисков и заканчивая исследованиями в области управляемого термоядерного синтеза.

Режимы работы лазеров

Лазерные источники могут работать в одном из следующих двух режимов: 1) в непрерывном или стационарном режиме; 2) в импульсном или нестационарном режиме. Режим работы лазера обусловлен, в первую очередь, режимом работы источника накачки.

Лазер работающий в непрерывном режиме

Стационарная накачка приводит к стационарному режиму генерации, что можно рассматривать как непрерывный режим работы лазера. Для изучения непрерывного режима работы лазера следует анализировать скоростные уравнения четырехуровневого и трехуровневого лазеров. Из этих уравнений следует, что , где и – населенность основного и возбужденного уровней соответственно; – время жизни перехода 2 → 1; – время жизни частиц на первом уровне. Генерация лазера осуществляется при условии, когда выполняется неравенство > . Из уравнения следует, что выполняется неравенство < , это означает, что работа лазера осуществляется в непрерывном режиме. Если энергия источника накачки постоянна и велика, а также выполняется условие неравенства < , то будет обеспечиваться условие ста- ционарного режима работы лазера. Анализ скоростных уравнений показывает, что при неравенстве < генерация возникает в том случае, когда инверсия населенностей N достигает некоторого критического значения Nc. При этом критическая скорость накачки достигает такого значения, когда полная скорость накачки уровней уравновешивает скорость спонтанного перехода с уровня 2 на уровень. Физический смысл этого процесса заключается в том, что критическое значение населенности возбужденного уровня должно быть достаточно большим, чтобы усиление компенсировало полные потери в лазере. Если скорость накачки больше скорости спонтанного перехода, то число фотонов будет возрастать от исходного значения, определяемого спонтанным излучением, и если скорость накачки не зависит от времени, тогда число вынуждено испущенных фотонов достигнет некоторого постоянного значения, которое определяется из скоростных уравнений как Следовательно, из уравнений для непрерывного режима работы лазера значение инверсии и число фотонов вычисляются как ,– пороговая мощность и мощности накачки соответственно. Из этих выражений следует, что число фотонов линейно возрастает с ростом скорости накачки, в то время как инверсия населенностей остается постоянной и равной критической . Это означает, что когда скорость накачки выше критической, в резонаторе лазера увеличивается число фотонов, а не инверсия населенностей. Из системы уравнений также следует, что незначительное увеличение мощности накачки относительно порогового значения приводит к резкому увеличению числа фотонов в резонаторе.

Рассмотрим работу лазера при непрерывной накачке, т.е. W_p=const (не зависит от времени). В этом случае выходная мощность тоже const (также не зависит от времени) и имеет место непрерывное излучение.

Рис.1.1. Схематическое изображение лазера

Расчет выходных характеристик лазера, работающего в непрерывном режиме

Дата добавления: 2022-07-02; просмотров: 102; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!