ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 19.03.2024
Просмотров: 56
Скачиваний: 0
Основний багатостроковий лазер.
У своїй найпростішій конфігурації іонний лазер являє собою багатостроковий лазер з рядом одночасних довжин хвиль генерації. На малюнку праворуч показана оптична конфігурація основної багатостроковості даної операції. Компонування дзеркал складається з заданого рефлектора і вихідного сигнала датчика на одній лінії з плазмовою трубкою для отримання лазерної генераціі.З допомогою стандартних дзеркальних покриттів, на виході, промінь даної операції складається з шести дискретних довжин хвиль, що випускаються одночасно.
Вони можуть бути розділені на окремі лінії за допомогою зовнішньої призми або інших дисперсійних елементів, як показано на малюнку. Зразковий розподіл вихідної потужності серед шести довжин хвиль багатострокової даної операції, що працює при повній номінальної потужності наведена в наступній таблиці:
Вихідна однолінійна потужність лазера
Більшість лазерних додатків вимагають, щоб тільки одна довжина хвилі лазера генеррувалась одночасно. Управління однією лінією досягається шляхом заміни багатострокового дзеркала з задньою призмою. Довжина хвилі селектора, як показано в нижній частині схеми, наведена вище. Через дисперсійні властивості призми, тільки одна довжина хвилі буде виробляти лазерну генерацію. Таким чином, селектор довжин хвиль дозволяє легко перебудувати довжини хвилі шляхом вибору будь-якої з окремих довжин хвиль генерації. Потужність доступна з однієї лінії за допомогою довжини хвилі призми селектора , як правило, більше, ніж потужність, яку можна отримати з тієї ж довжини хвилі, розділивши багатостроковий промінь з зовнішньої призмою.
Поперечні режими
Поперечне електромагнітне коливання (ПЕМ) - структура лазерного променя, яка описує розподіл потужності по перетину пучка. Більшість лазерних додатків потребуэ фундаментального режиму променя (TEM00) з гаусовим розподілом потужності по перетину пучка, як показано праворуч. Цей основний режим призводить до найменшого діаметру пучка і його розбіжності, і здатний бути зосередженим на мінімально можливому розмірі плями.
Інші додатки отримують прибуток від збільшення потужності, що є доступною в режимі першого порядку (TEM01 *) або режимах навіть більш високого порядку. Вихідна потужність лазера, що має структуру зазначеного вище режиму зазвичай називають як потужність мульти поперечного режиму (МПР). Структура режиму проводиться за допомогою лазера, вона може бути змінена просто шляхом зміни дзеркал.
Діаметр пучка і дивергенція
Діаметр гауссового лазерного променя зазвичай вимірюється в точці харчування 1/е^2, тобто він є діаметром отвору зупинки, який буде проходити 86,5% від загальної потужності лазера в площині вихідного дзеркала. Розбіжність пучка зазвичай дається як повний кут розбіжності, виміряної в далекому полі. Обидва параметра безпосередньо пов'язані з довжиною хвилі лазера, тобто відстанню між дзеркалом і кривизною дзеркал.
Одночастотна робота
Вихідний сигнал лазера, що працює на одній довжині хвилі має дуже вузьку ширину лінії і надзвичайно хорошу узгодженість в порівнянні з будь-яким іншим типом світла.
Проте, лінія лазера насправді складається з великої кількості поздовжніх мод, рознесених по смузі частот близько 5 ГГц. Ці режими пов'язані з відстанню між двома дзеркалами, що утворюють оптичний резонатор. Рознос частот між цими поздовжніми модами становить с/2L, де с - швидкість світла і L є відстань між дзеркалом.
"Довжина когерентності", тобто відстань шляху, по якому лазер хвильового фронту залишається в фазі і придатним для використання інтерференційних ефектів, приблизно визначається с/dv, де dv є смугою частот лазерної лінії. Нормальний режим має довжину когерентності приблизно 60 мм.
Багато додатків, такі як голографії та шляхи інтерферометрії або ВРМБ вимагають набагато більшої довжини когерентності і дуже вузьку ширину лінії. Це досягається в іонному лазері шляхом установки еталона, наприклад, Lexel Модель 503 Еталон, в резонаторі лазера, як показано на малюнку вище. Правильно розроблений Еталон всередині резонатора буде відкидати всі поздовжні моди, і приведе до зосередженості потужності лазера в цьому одиночному режимі. Так як одна поздовжня мода має ширину менше 3 МГц, результуюча довжина когерентності може бути більш ніж на 100 метрів.
Променева стабільність
Здатність лазера для підтримки точного положення кутового променя дуже важлива для більшості призначень. Для цього потрібен дуже стійкий оптичний резонатор, такий як Solid Invar® Rod резонатор структури LEXEL.Основним додатковим фактором, що впливає на стабільність пучка є термічна зміна показника заломлення кварцу, використовуваного в селекторі призми довжин хвиль. Властивості кварцу такі, що, якщо їх не коректували, він буде виволити лазер зі стану зі швидкістю 0,2 нм/°C і буде викликати кутову зміну променя, що вказує 11 кутових секунд/°C. Цього достатньо, щоб повністю розладнати лазер з усього лише зміною температури довкілля на 10 °C.
Промінь поляризації
Вікна лазерної плазміної трубки, через яку лазерний промінь повинен проходити під кутом Брюстера, усуває високі відбивні втрати від поверхні вікна. Це призводить до додаткових переваг вихідного пучка лазера високого ступеня, поляризованого в вертикальній площині. Якщо необхідно мати поляризацію в будь-якому іншому напрямку, лазерна головка може бути повернута на 90 градусів і працювати на його стороні. Або поляризаційний ротатор може бути приєднаний до вихідного отвору лазера.
Управління потужністю лазера і стабілізацією
Поточний контроль.
Вихідна потужність іонного лазера легко може бути встановлена на будь-якому рівні між повним виходом і порогом лазерної генерації шляхом регулювання рівня струму лазера джерела живлення через плазмову трубку. Поточний контроль дозволяє хорошу стабілізацію потужності для багатьох додатків, але це вимагає ручної компенсації будь-яких оптичних варіацій, які можуть викликати незначні зміни рівня потужності лазерного випромінювання.
Світловий контороль
Для максимальної стабілізації потужності лазерного випромінювання використовується схема світлового регулятора. Відповідно до цього типу пристроя, керування освітленням невеликої частини вихідного пучка відчеплюється і вимірюється за допомогою фотоелементу. Вихідний сигнал фотоелементу посилюється і порівнюється з опорним сигналом в диференціальній схемі, сигнал автоматично підлаштовує поточний рівень лазера для підтримки необхідної потужності лазера.
Оператор може легко встановити потужність лазера до будь-якого бажаного рівня, і бути впевненим в тому, що світловий регулятор буде продовжувати підтримувати цей рівень протягом тривалої експлуатації.
Завдання 3
Принцип роботи лазера на рубіні. Схема енергетичних рівнів рубінового лазера
Рубіновий лазер переважно працює в імпульсному режимі і генерує випромінювання на довжині хвилі =0,6943 мкм. Через можливість отримання великих імпульсних потужностей, а також наявності рубінових кристалів високої оптичної якості рубіновий лазер і в даний час один з найбільш відомих твердотільних лазерів.
Рубін - дорогоцінний матеріал, в чистому вигляді рідко зустрічається в природі. Це діамагнітний кристал окису алюмінію Al2O3 (-корунду) з парамагнітними домішковими іонами хрому Cr3+. Залежно від концентрації хрому кристал -корунду приймає різні кольори: 0,5% Cr - яскраво червоний, більше 8% Cr- зелений колір кристала.
Рубінові кристали мають стрижневу форму діаметром 0,3-2 см і довжину до 30 см. Рубінові кристали оптично хорошої якості відносно легко виготовляти, вони мають велику механічну міцність і високу теплопровідність, полегшують охолодження кристала.
Кристали рубіна переважно вирощують полум'яним методом, при якому в спеціальній воднево-кисневій печі розташовують порошкоподібні Al2O3 та Cr2O3 при температурі понад 2000 К, рідше використовують метод витягування кристалічного стержня з розплаву, що міститься в тиглі.
Спотворення симетрії кристала приводить до внутрішнього напруження і дефектів структури кристала. Показник заломлення рубіна для різних полярязацій і для звичайного променя становить ~ 1,76. Міцність кристала 3800 кг/см2.
Рис 3. - Структура комірки кристала рубіна.
Діаграма рівнів енергії іонів Cr3+ в рубіні складається з двох наборів рівнів (рис 4): а) характерний для стану іона Cr3+ зі спіном S=3/2, нижній рівень набору 4А2 - основний стан Cr3+ - має два підрівні з відстанями між ними 0, 3 см-1. Два верхніх рівня представляють собою рівні резонансного поглинання. Вони складаються з шести дублетів і внаслідок неоднорідності поля сильно розмиті. Другий набір рівнів (рис. 2(б)) відповідає станам іонів Cr3+ зі спіном S=1/2.
