Порівняння накачування випромінюванням діодного лазера і лампової накачки

Виходячи з обговорень попередніх розділів доречно порівняти тепер в загальних рисах лампову накачування і накачування випромінюванням діодного лазера. Порівняння можна зробити тільки для чотирирівневої лазерів, оскільки квазітрехуровневие лазери в основному працюють при поздовжньої накачуванні від діодних лазерів. Для того щоб порівняти співвідношення (6.3.22) з (6.3.20) і (6.3.21), зручно, для накачування від діодного лазера, визначити квантовий вихід накачування гр (] як Нтр / Нр, де ур - реальна частота накачки, а тр - мінімальна частота накачки, т. е. частота накачки, яка потребова-лась би для накачування на верхній лазерний рівень безпосередньо (рис. 6.17). Після цього співвідношення (6.3.20) і (6.3.21) легко перетворити до вигляду :

Де введено позначення T) pd => pXpq = Г | гол (ЛаПр9 ДЛЯ 3 "повного ККД накачування від діодного лазера. Те-пер співвідношення (6.3.23), (6.3.26) і (6.3.27) по - зволяют провести порівняння лампової накачки з накачуванням випромінюванням діодного лазера. 0_

По-перше, порівняння можна провести з точ - р з 6 17

КІ зору чотирьох чинників ККД ЦГ, Г | (, Г | а, rpq Реальна (v ") й ідеальна

І, отже, повного ККД (ефективності) мінімальна ^^)

ГП рр ч - / частоти накачування

Накачування ЦР = yr \ tv [ar [pq. Обмежившись випадком в чотирирівневої лазері

Кристала Nd: YAG, наведемо в табл. 6.3 оцінки

Величин цих факторів, де значення для лампової накачки запозичені з табл. 6.1. У разі поздовжньої накачування від діодного лазера рассматрива-ється стрижень довжиною 1 см, тоді як у разі поперечної накачування узятий стрижень діаметром 4 мм. Відзначимо, що, незважаючи на велику різноманітність рас-смотренних раніше систем накачування, порівняння з точки зору зазначених че-тирех факторів є досить простим і повчальним. Видно, що випромінювальна ефективність і ефективність передачі є приклад-но однаковими для накачування від лампи і від діодного лазера. Майже десяти-кратне збільшення повного ККД при накачуванні від діодного лазера обумовлюються лено дуже великим збільшенням ефективності поглинання (майже в 6 разів) і помітним збільшенням квантового виходу накачування (приблизно в 1,5 рази). Відзначимо також, що з точки зору повного ККД поздовжня і поперечна накачування приблизно еквівалентні при злегка меншою величиною еф-бництва поглинання для поперечної накачування.

По-друге, порівняння можна зробити з точки зору порогових потужно-стей накачування. Відповідно до (6.3.24) і (6.3.31), при однаковій величині площі поперечного перерізу стрижня основна відмінність в порогових зна-ченіях потужності накачування від лампи і від діодного лазера пов'язано з майже десятикратним збільшенням ефективності накачування при переході до діод-ному лазеру. Порівнюючи подовжню накачування від діодного лазера з лампової, з (6.3.22) і (6.3.26) можна бачити, що граничне значення потужності накачени-ки в першому випадку зменшується не тільки за рахунок зростання ефективності на-качки, але і за рахунок множника

(І> 0 + WP) х [1 - ехр - (2А2 / wfn)] / 2А2,

Де w0i - розмір плями лазерного пучка при лампової накачуванні. Саме цим множником в основному обумовлено зменшення порогової потужності на-качки при дуже малих значеннях w0 і wp. Яскравим прикладом ситуації такого

Порівняння ККД (ефективностей) лампової накачки і накачування випромінюванням

Типу служать волоконні лазери, в яких в разі одномодових волокон величини як Ю0> так і ьір можуть бути всього близько 2-3 мкм. Якщо взяти, наприклад, Ю0 = ьір = 2 мкм (для волоконного лазера) і а = 2 мм, = 0,5 А (для

Лампової накачки), то очікуване зменшення за рахунок зазначеного геометри-чеського фактора складе майже шість порядків величини! Ось чому воло-кінні лазери мають настільки низькі значення порогових потужностей накачування. Звичайно, для того щоб накачувати одномодові волокна, необхідно ис-користувати діодні лазери з одномодовим, т. Е. Дифракційно-обмежений-ним, випромінюванням. Порівнюючи подовжню і поперечну накачування від діодного лазера, бачимо, з (6.3.26) і (6.3.27), що в першому випадку порогова потужність нижче, ніж у другому, а зменшення визначається множником

(І> 1 + і> 2) х [1 - ехр - (2А2 /)] / 2А2,

Де індекси / і £ відносяться відповідно до поздовжньої і поперечної на-качкам. При дуже малих розмірах плям ьі0 і ьір, які можуть вико-тися при поздовжньої накачуванні, цей множник може бути дуже малий. Од-нако для того, щоб отримати при двох типах накачування порівнянні потужності на виході, необхідно, щоб поперечні розміри моди ТЕМ00 були срав-Німи. Тому корисно проводити таке порівняння при однакових раз-заходи плям, т. Е. При IVш = юи. При цьому для того, щоб уникнути надмірно-го впливу дифракції за рахунок обмеження пучка кінцевими поперечними розмірами лазерного стрижня, при поперечної накачуванні необхідно забезпе-чити трохи менший, ніж радіус стрижня а, розмір плями. У реальному сі-туації можна вибрати величину ьіи = 0,7А. Вважаючи, що при поздовжньої на-хитавиці перекриття пучків оптимально, т. Е. Ьі0 = ьір, отримуємо

(И7§ + і> 2) г х [1-ехр- (2А2 / ш ^)] / 2А2 == 0,48;

Таким чином, при розглянутих умовах порогова потужність про- дольной накачування всього в

2 рази менше, ніж поперечної.

До того ж до істотно більш високу ефективність і більш низькому порогу, накачування випромінюванням діодних лазерів, в порівнянні з лампової на-хитавицею, має додаткову перевагу надання меншою теплового навантаження на активне середовище. Дійсно, при заданій поглинається в середовищі потужності Ра її частка цРдРа потрапляє на верхній лазерний рівень і, отже, частина грд (Н / КТР) Ра перетворюється в потужність лазерного через лучения, де - енергія генеруються фотонів. Потужність, що виділяє-ся у вигляді тепла, має, таким чином, величину [1 - ЦРД (Ну / нутрії)] Ра. Знову вибираючи кристал Кс1: УАО, оскільки (ку / Кутрів) = 0,9, з табл. 6.3 получа третьому, що при лампової накачуванні теплове навантаження виявляється в

2 рази біль-ше, ніж при накачуванні від діодного лазера.

Знижена теплове навантаження призводить до двох сприятливим послід-наслідком: менш яскраво вираженим утворення теплової лінзи і появи наведеного теплом двулучепреломления в активному елементі, а також сни-ню рівня теплових флуктуацій показника заломлення середовища при даному рівні флуктуацій потужності накачування. Обидва цих ефекту є важливими з точки зору отримання від твердотільного лазера високоякісні-судинного пучка випромінювання в одній поздовжньої і поперечної моді.

Схожі статті