9. Порядок выполнения работы.

В Н И М А Н И Е !!! В блоке питания и на зажимах электродов лампы накачки имеется опасное для жизни высокое напряжение!

1. Провести юстировку излучателя по методике, изложенной в разделе 8.

2. Включить блок питания в соответствии с инструкцией по эксплуатации лазера ОГМ-20. (максимально допустимое напряжение на накопительных конденсаторах – 1000 В.

8. Задание к работе

а) Измерить энергию E_имп и длительность _имп генерируемого импульса и определить его мощность W.

б) Измерить зависимость энергии импульса генерации E_имп от энергии накачки E_н.

в) Построить график указанной зависимости.

9. Контрольные вопросы

1. Какие физические явления лежат в основе работы лазеров?

2. Какова связь между коэффициентами Эйнштейна A₂₁, B₂₁ и B₁₂? Получить выражение (4).

3. Основные элементы лазера и их функции.

4. Назвать условия, необходимые для возникновения генерации. Получить соотношение (5).

5. Типы резонаторов. Моды резонаторов. Распределение электромагнитного поля в конфокальном резонаторе.

10. Литература.

1. Звелто О. Принципы лазеров. М. Мир, 1984.

2. Тарасов Л.В. Физика процессов в генераторах когерентного оптического излучения. М., Радио и связь, 1981.

3. Ярив А. Квантовая электроника (под ред. Я.И.Ханина). М., Советское радио, 1980.

4. Демтрёдер В. Лазерная спектроскопия. М., Наука, 1985.

Лабораторная работа № 2

Исследование твердотельного лазера на алюминате иттрия с неодимом в режиме механической модуляции добротности

1. Оборудование.

1.1. Гелий-неоновый лазер ЛГН-105 для юстировки резонатора.

1.2. Квантрон твердотельного лазера.

1.3. Выходное зеркало.

1.4. Призма на подставке.

1.5. Осциллограф C1-91.

1.6. Фотоприемник.

1.7. Измеритель энергии и мощности излучения ИМО-2Н.

1.8. Генератор импульсов Г5-56.

1.9. Генератор сигналов Г3-7.

2. Цель работы.

2.1. Знакомство с принципом действия и устройством твердотельных лазеров и определение их основных характеристик.

2.2. Приобретение практических навыков юстировки лазеров и работы с измерительной аппаратурой.

3. Вводные замечания

Метод модуляции добротности широко применяется для получения интенсивных коротких импульсов генерации в лазерах. В процессе генерации импульсов накопленная активной средой энергия накачки может быть излучена в течении очень короткого промежутка времени, вследствие чего резко возрастает пиковая мощность. Принцип работы лазера с модулированной добротностью состоит в следующем: добротность резонатора лазера снижается (т.е. потери увеличиваются) на время накачки с тем, чтобы коэффициент усиления возрос до очень большого значения, но не превзошел нового порога генерации. В этот период времени активная среда накапливает энергию. Когда инверсия достигает своего максимального значения, добротность резонатора быстро восстанавливается до прежнего уровня. При этом усиление оказывается намного выше порогового, что приводит к быстрому возрастанию поля излучения и одновременному сбросу инверсии вследствие индуцированных переходов. В итоге значительная часть энергии накачки, запасенной возбужденными атомами, преобразуется в энергию фотонов, заполняющих резонатор.

На практике модуляцию добротности осуществляют различными способами. Здесь мы рассмотрим некоторые из них, которые чаще используются: методы оптико-механической, электрооптической и акустооптической модуляции добротности лазерного резонатора.

Быстрое выключение и включение обратной связи можно осуществить несколькими способами:

1) Заменив одно из зеркал лазерного резонатора призмой полного внутреннего отражения, вращающейся с угловой скоростью  порядка нескольких сот оборотов в секунду или выше. В течение большей части периода вращения призмы обратная связь выключена. Лазер генерирует только в положении призмы, изображенном на рис.1. В остальное время лазер не генерирует, и происходит только оптическая накачка активной среды.

Рис.1. 1 – выходное зеркало, 2 – активная среда, 3 – вращающаяся призма.

2) С помощью оптического затвора – ячейки Керра с нитробензолом или ячейки Поккельса с анизотропным кристаллом.

3) С помощью просветляющихся фильтров. Их действие основано на увеличении прозрачности вещества в условиях, когда интенсивность излучения становится достаточно большой. При малой интенсивности излучения фильтр поглощает свет, почти полностью устраняя обратную связь.