Реферат: Оптические квантовые генераторы

--PAGE_BREAK--50% потребляемой  элек­трической энергии. Примерно 30% световой энергии ламп, т.е. 15% электрической энергии, соответствует полосам поглощения рубина. Оптическая часть системы накачки обеспечивает передачу в рубин приблизительно 00% полезной энергии. Так что реально всего не­сколько процентов расходуемой электрической энергии идет непо­средственно на накачку рубина.

Излучение рубиновых ОКГ в зависимости от времени    имеет сложный «пичковый» характер. В пределах каждого импульса накач­ки обычно оно представ­ляет собой хаотический набор разных по ампли­туде пичков,  всплесков интенсивности генерации с длительностью и  ин­тервалом между ними по­рядка микросекунд.

На рис.75 приведе­ны осциллограммы интен-сивностей накачки (а) и выходного  излучения (б).

На характер этого режима влия­ют многие факторы, в частности конфигурация резонатора,  рас­пределение интенсивности накачки по объему кристалла, его тем­пература, однородность и т.д. Так, эксперимент показывает, что хаотичность пульсации излучения значительно уменьшается вплоть до регулярного следования пичков при использовании в ОКГ  от­крытых резонаторов, характеризующихся большим числом высоко-добротных типов колебаний (например, резонатора с одинаковыми сферическими зеркалами, расположенными на расстоянии, меньшем их удвоенного радиуса кривизны). Получению режима регулярных пульсации излучения способствует также однородное распределе­ние интенсивности накачки в рабочем кристалле и понижение его

температуры.
Важной характеристикой работы ОКГ является картина рас­пределения поля по площади сечения выходного пучка. Она опре­деляет диаграмму направленности выходного излучения. Минималь­ная ширина диаграммы направленности соответствует   основному поперечному ТЕМ00qтипу колебаний. В случае использования пло­ских круглых зеркал ширина диаграммы направленности по  уровню половинной мощности дляТЕМ00
q
 типа равна Т = 0,63Л/dрад (d-диаметр пятна на зеркале; Л — длина волны). Приd= I см, Л = 0,6943мкм  Т = 4«10~4 рад, т.е. примерно 1,5'.  Практи­чески ширина диаграммы излучения для рубиновых ОКГ  превышает величину, вычисленную по этой формуле, раз в десять.Столь срав­нительно большая ширина диаграммы направленности связана с воз­буждением высших типов колебаний, оптическим  несовершенством реальных рубиновых кристаллов (наличием в них центров рассея­ния и градиентов преломления по площади сечения образца). Рас­пределение поля по площади зеркала часто имеет весьма  сложную мозаичную картину, которая в процессе генерации меняется от пичка к пичку.

Излучение рубиновых ОКГ обычно частично иди полностью по­ляризовано. Поляризация излучения определяется   анизотропией рубиновых кристаллов, и ее характер зависит от угла ориентации оптической оси кристалла относительно геометрической оси стер­жня, вдоль которой распространяется свет в резонаторе.  Обычно используются рубиновые стержни с ориентацией оси 60 или 90°. Излучение в ОКГ с такими стержнями имеет линейную  поляризацию с электрическим вектором, перпендикулярным плоскости, в  кото­рой лежат оптическая ось ж ось стержня. В ОКГ с кристаллом 0-градусной ориентации излучение неполяризовано.


Оптические к вантовые генераторы на стекле
Активированном неодимом, находят такое же широкое распространение, как рубиновые.Это обусловлено до­стоинствами стекла: простотой изготовления образцов   больших размеров (до нескольких сантиметров в диаметре и длиной до ме­тра и более), высокой оптической однородностью,   возможностью введения рабочих частиц в необходимых концентрациях с  равно­мерным распределением по объему.

Недостатком стекла является низкая теплопроводность,  что затрудняет создание генераторов большой   средней мощности  и ограничивает его работу режимом одиночных импульсов.
Средняя мощность в импульсе генерации достигает единиц  мега­ватт. Коэффициент полезного действия таких генераторов состав­ляет доли процента, их выходное излучение, так же как и у ру­биновых ОКГ, носит пичковый характер. Ширина спектра излучения при больших уровнях накачки достигает 20 нм. Излучение ОКГ  на неодимовом стекле неполяризовано. Это связано с    хаотической ориентацией ионов неодима и оптической однородностью стекла.

Угловая расходимость выходного луча ОКГ на неодимовом стек­ле достигает обычно единиц угловых минут, что значительно мень­ше величины расходимости излучения рубиновых ОКГ. Это обуслов­лено более высокой оптической однородностью стекла.
Газовые оптические квантовые генераторы

В газовых ОКГ, как следует из названия, активной усиливающей средой является газ. Рабочими частицами, переходы между энергетическими состояниями которых определяют генерацию, слу­жат атомы, ионы или молекулы. В соответствии с этим говорят об атомных, молекулярных и ионных ОКГ.

В настоящее время предложено множество методов  создания инверсии населенвостей в газовых средах, использувдих электри­ческий разряд, энергию химических реакций, оптическую  накачку и т.д.

Наиболее часто инверсия в газовых ОКГ осуществляется в ре­зультате электрического разряда, создаваемого  непосредственно в самой рабочей среде. Основными механизмами, приводящими к из­быточной населенности верхних энергетических уровней  в  газоразрядных ОКГ, являются следующие процессы:

I. Неупругие столкновения электронов с частицами газа (со­ударения первого рода), сопровождаемые передачей кинетической энергии движения электронов частицам, которые переходят в воз­бужденное состояние. Символически такой процесс обозначают

<img width=«120» height=«22» src=«ref-2_1742099-1428.coolpic» v:shapes="_x0000_i1034">

Соударения первого рода приводят не только к прямому возбужде­нию, но и определяют ступенчатое возбуждение частиц. При  не-yupyl'их столкновениях электрона е с возбужденной частицей А* последняя переводится в более высокое энергетическое  состоя­ние А**:

<img width=«128» height=«25» src=«ref-2_1743527-1554.coolpic» v:shapes="_x0000_i1035">

Процессы возбуждения частиц путем электронных неупругих соуда­рений первого рода играют основную роль во всех газоразрядных ОКГ.

2. Соударения второго рода между разнородными атомами сме­си двух газов. При соударении атомов, один из которых — А* -находятся в возбужденном состоянии, а другой — В — в основ­ном, происходит передача возбуждения от первого атома ко вто­рому. При этом первоначально возбужденный атом переходит в ос­новное состояние, а партнер по соударению — в возбужденное со­стояние :


--PAGE_BREAK--