Разделы сайта

Исследование спектрально-оптических характеристик в диапазоне генерации

Генерация происходит при переходах ионов Tm3+ на штарковские подуровни основного состояния (рис. 3.1). Таким образом, лазер на основе кристалла Tm: CaF2 работает по квазитрехуровневой схеме. Населённости штарковских подуровней, находящихся в термодинамическом равновесии, можно найти как:

, (3.1)

где i - номер подуровня, Nm - населенность энергетического уровня, gmi - статистический вес подуровня, Fmi - больцмановский фактор, равный:

, (3.2)

где i - номер подуровня, T - температура кристалла, k - постоянная Больцмана. Статсумма для уровня m Zm определяется по формуле:

(3.3)

Будем считать, что gmi =1 для всех подуровней.

Интенсивность излучения, проходящего через рабочую среду длиной l, имеет экспоненциальную зависимость:

, (3.4)

где nн, nв gн, gв - населённости и кратности вырождения нижнего и верхнего уровней лазерного перехода, а - сечение перехода.

Сомножитель показателя экспоненты

(3.5)

называют инкрементом (или коэффициентом усиления ), если , а в случае, когда - декрементом (или коэффициентом поглощения , взятым со знаком «-»).

Обозначим для простоты уровень 3H6 как уровень 1, а 3F4 как уровень 2. Вследствие того, что нижний и верхний уровни лазерного перехода в кристалле Tm: CaF2 расщеплены, а их населённость распределена согласно (3.1), уравнение (3.5) выглядит следующим образом:

, (3.6)

где N1 и N2 - населённости, а F1 и F2 - больцмановские факторы уровней 1 и 2, определяемые согласно (3.2).

Для удобства определения усиления и потерь часто вводятся эффективные сечения:

и (3.7)

Тогда эффективные сечения излучения и поглощения связаны соотношением:

, где , (3.8)

где DE - разность энергий нижних штарковских подуровней уровней 1 и 2.

Принимая во внимание, что получаем:

(3.9).

Для кристалла Tm: CaF2 значение , а 5750 см-1.

Уравнение (3.6) можно написать в следующем виде:

(3.10)

Таким образом, введение эффективных сечений излучения и поглощения позволяет определить коэффициенты усиления и поглощения без вычисления больцмановского распределения населённостей верхнего и нижнего уровней лазерного перехода. Нахождение и также не требует учета распределения населённости по штарковским подуровням, при этом для кристалла Tm: CaF2 можно найти из экспериментально измеренного коэффициента поглощения.

Исследование спектров пропускания образцов Tm: CaF2 производилось с помощью фурье-спектрометра VARIAN 660 - IR с разрешающей способностью 1 нм. С помощью данной аппаратуры был получен спектр пропускания кристалла Tm: CaF2 в области 1,3 - 2,1 нм (рис. 3.3)

Коэффициент поглощения находится по формуле [9]:

, (3.11)

где lкр - длина, - пропускание активного элемента на данной длине волны. Значение данной величины определялось экспериментально из графиков (рис. 3.3)

С другой стороны согласно (3.7) и (3.10),

(3.12)

С учётом малости спектральной мощности падающего излучения будем считать, что все активные центры находятся в основном состоянии. Тогда член пренебрежительно мал по сравнению с N1 и эффективное сечение поглощения находится по формуле:

Перейти на страницу: 1 2

Самое читаемое:

Вакуумные и плазменные приборы
Спроектировать электронно-оптическую систему осциллографической трубки. Исходные данные к проекту: . Ускоряющее напряжение - 5 кВ. . Ток эмиссии катода - 1 мА. . Диаметр луча на экране - 0,5 мм. . Развертка луча - линейная. . Угол отклонения луча - 200. Напряжение, В 6.3 ...