- •Московский госудаственный технический университет имени н.Э. Баумана
- •Лабораторная работа Исследование зависимости выходной мощности газового лазера от коэффициента связи резонатора
- •1. Методика эксперимента
- •Раздел 1 настоящей лабораторной работы является дополнением к лекционному курсу и должен быть тщательно изучен перед ее выполнением.
- •2. Методические указания по проведению экспериментальных исследований
Министерство образования Российской Федерации
Московский госудаственный технический университет имени н.Э. Баумана
Кафедра РЛ-2
"УТВЕРЖДАЮ"
ЗАВ. КАФЕДРОЙ РЛ-2
____________КОЗИНЦЕВ В.И.
" "_____________2003г.
Лабораторная работа Исследование зависимости выходной мощности газового лазера от коэффициента связи резонатора
Москва - 2003г.
Цель работы: экспериментальное определение зависимости выходной мощности гелий-неонового лазера от коэффициента связи и определение оптимального значения коэффициента связи лазерного резонатора с внешней средой, обеспечивающего максимальную мощность выходного излучения.
Рассмотрим стационарный режим генерации. Не всякая среда с отрицательным коэффициентом поглощения может стать генератором излучения. Если начальный коэффициент усиления меньше коэффициента вредных потерь , то усиление излучения и, следовательно, генерация невозможны. Для оценки возможности возникновения генерации в конечном объёме надо рассматривать влияние вредных потерь не в отдельных точках этого объёма, а во всём объёме в целом. В отдельных точках объёма может происходить обычное поглощение, в других – наблюдаться превышение усиления над потерями. Генерация энергии в объёме будет осуществляться только в том случае, если среднее усиление будет превышать средние внутренние потери. Это справедливо только для безграничной среды или для среды с абсолютно отражающими границами. В действительности, размеры среды конечны, и часть излучения, находящегося внутри среды, всегда выходит из неё наружу. Если полные потери энергии больше энергии, образующейся внутри среды за счёт вынужденных переходов , то генерация в принципе невозможна. В противоположном случае энергия излучения внутри среды постепенно накапливается. По мере увеличения плотности радиации значение коэффициента усиления непрерывно падает, усиление ослабевает, и накопление энергии прекращается. Процесс накопления энергии развивается во времени и происходит до тех пор, пока не установится стационарный режим. В стационарном режиме генерации увеличение энергии за счёт вынужденных переходов должно равняться сумме всех внутренних и внешних потерь энергии.
Выделение энергии за 1 сек. внутри среды объёмом во всём спектральном интервале, соответствующем рабочему переходу между уровнями , равно
.
Аналогичным путём рассчитываются и потери энергии внутри объёма:
.
Выходящее из среды излучение в соответствии с законом сохранения энергии равно
.
Коэффициент усиления , как известно из курса лекций, определяется зависимостью
.
Учитывая высокую степень монохроматичности излучения, можно считать, что , где – полная плотность радиации в точке , а – средняя частота генерируемого излучении, – параметр нелинейности.
Следовательно, можно выразить через коэффициенты усиления , в следующем виде
.
Эта формула имеет общий характер и вытекает из основ теоретической спектроскопии. Следовательно, можно записать, что
.
Вводя понятие среднего коэффициента усиления по всему объёму
.
Можно записать:
.
Следует подчеркнуть, что большим средним коэффициентам усиления соответствует меньшее количество генерируемой энергии.
Поток излучения, выходящий за 1 сек. из генерирующего объёма , равен .
При стационарной генерации выполняется условие , где – длина активной среды, и – коэффициенты отражения левой и правой границы объёма активной среды, – полные потери излучения средой.
можно теперь записать в виде
.
. (*)
Анализ формулы (*) показывает, что , естественно, при , т.е. при и имеет экстремум в зависимости от величины полезных потерь :
. (**)
Условие (**) является необходимым условием получения максимальной выходной энергии:
,
которая зависит от , т.е. от вредных потерь и начального коэффициента усиления, созданного в среде. Однако эта будет реализовываться только при соответствующей длине активной среды и коэффициентах отражения и .
Работа состоит из двух этапов:
1. Изучение методики исследования.
2. Проведение эксперимента и обработка результатов наблюдения.
БЕЗ РАЗРЕШЕНИЯ ПРЕПОДАВАТЕЛЯ УСТАНОВКУ НЕ ВКЛЮЧАТЬ!
ПРИ РАБОТЕ БЫТЬ ПРЕДЕЛЬНО ВНИМАТЕЛЬНЫМ И СОБЛЮДАТЬ ОСОБУЮ ОСТОРОЖНОСТЬ - РАБОЧЕЕ НАПРЯЖЕНИЕ УСТАНОВКИ 3000 ВОЛЬТ!