Модуляция добротности Суть метода: длительное накопление энергии в инверсной населенности с последующим быстрым высвечиванием. (Q-swithing) - презентация

1 Модуляция добротности Суть метода: длительное накопление энергии в инверсной населенности с последующим быстрым высвечиванием. (Q-swithing)

2 Динамика Накопление энергии Предельное значение Гигантский импульс Модуляция добротности

3 Импульс медленно n - плотность фотонов. ф - время жизни фотона 2 - время жизни верхнего уровня. N t - пороговая инверсная разность населенностей. a = 2, если нижний уровень медленно опустошается, = 1 в противном случае. Система нелинейных уравнений относительно n и N. - разность населенностей.

4 Делим второе уравнение на первое: Начальные условия: Модуляция добротности Решение:

5 Модуляция добротности Выходная мощность (в любой момент времени) Физический смысл множителей - энергия фотона. - количество фотонов в резонаторе. - относительные потери энергии на высвечивание за единицу времени.

6 Модуляция добротности Пиковая выходная мощность Максимум мощности (то есть точка экстремума) соответствует Используя балансное уравнение для n: Оценки показывают, что Подстановка в выражение для n с учетом того, что и дает находим, что в максимуме

7 Модуляция добротности Энергия импульса - балансное уравнение Если воспользоваться выражением для n и подставить в него, при котором n =0, то для логарифма получим

8 Модуляция добротности Окончательно Если предположить, что потери резонатора в основном связаны с выходным излучением, то есть то Эта формула показывает, что практически вся запасенная энергия в инверсной населенности переходит в энергию импульса.

9 Модуляция добротности Длительность импульса можно грубо оценить как отношение энергии импульса к пиковой мощности Численные расчеты формы импульса

10 Возможные задачи, связанные с темой Q-модуляция. Nd:YAG лазер работает в режиме модуляции добротности на длине волны 1064 нм и излучает импульсы энергией 100 мДж и длительностью 5 нс. Диаметр пучка внутри лазерной кюветы 4 мм. Необходимые данные о Nd:YAG взять из таблицы. Определить: a)Максимальную выходную мощность импульса. b)Количество фотонов в одном лазерном импульсе. c)В предположении, что выходное зеркало имеет пропускание 70%, определить скорость (вероятность) стимулированного излучения в максимуме выходного импульса. Во сколько раз она больше вероятности спонтанного излучения. Модуляция добротности

11 Решение a) b) c)

12 Способы реализации Модуляция добротности 1.Активная модуляция добротности. Вращение зеркала. Электрооптический затвор. Акустооптический затвор. 2.Пассивная модуляция. Насыщающийся поглотитель.

13 Модуляция добротности

14

15 Electrooptical Q-Switching

16 Модуляция добротности Acoustooptic Q-Switches - угол падающего пучка. When this equation is satisfied, reflected waves from each parallel plane will be separated by a phase shift of exactly 2, so that constructive interference takes place. Bragg diffraction

17 Модуляция добротности Acoustooptic Q-Switches Raman–Nath diffraction Raman–Nath diffraction occurs when the incoming beam is aligned perpendicular to the alternating layers, which now act like parallel slits in a transmission diffraction grating.

18 Модуляция добротности Выводы Для реализации метода требуются лазерные среды с большими временами жизни верхнего уровня. Из наиболее распространенных лазеров это рубиновый и Nd:YAG лазеры. Характерные длительности импульсов – наносекунды и сотни наносекунд. Ограничены снизу временем жизни фотона. Мощности импульса достигают десятков МВт и выше.