волоконні лазери
Але, можна порівняти з радіусом серцевини а (типово а = 2,5 мкм). Тим самим ьір 1 / іі0 в 10-50 разів менше відповідних типових значень об'ємних пристроїв (див. Приклади 7.4 і 7.5). З виразів (6.3.19) і (6.3.24), спра-ведлівого власне для чотирьох - і для квазітрехуровневих лазерів, мож-но бачити, що порогова потужність накачування РГН пропорційна + м> |).
Отже, можна очікувати, що для одних і тих же значень лазерних параметрів (наприклад, у, е, г | р, т для чотирирівневого лазера), РГН повинна бути менше на два або три порядки для волоконного лазера в порівнянні з об'ємним лазером. Відомо, що скляна матриця зазвичай розширюють ши-рину лінії переходу більш ніж на порядок в порівнянні з кристалічною матрицею, що відповідно зменшує перетин випускання. Незважаючи на це, знову згідно прикладів 7.4 і 7.5, очікуються порогові потужності нижче 1 мВт, що і було досягнуто в волоконних лазерах. Це міркування також показує, що лазерна генерація може бути отримана в разі актив-них середовищ з дуже малою квантової ефективністю і відповідно з корот-ким часом життя т. З іншого боку, вираження для нахилу кривої коефіцієнта корисної дії для чотирьох - і квазітрехуровневого ла- зера (див. (7.3.13) і (7.4.10) як ідентичні), виявляється не залежних від часу життя верхнього стану, а залежить виключно від ефектив-ності накачування г | р. Таким чином, високу диференційну ефек-ність (нахил кривої ККД) можна отримати, якщо забезпечити максимальне поглинання потужності накачування (т. Е. Гр = 1). Іншими словами, ті лазерні переходи, які представляються як неефективні у разі об'ємних лазерів, можуть мати досить низький поріг в разі волоконних лазерів і показати високий диференційний ККД.
Цікавим наслідком того, що геометрія волоконного світловода по-зволяет мати високу інтенсивність накачування, є сильне обідні-ня основного рівня активного середовища волоконного лазера. Для прикладу рас-дивимося чотирьохрівневий лазер (И (1: скло) і нехай 2 ^ - щільність пото-ка накачування (для простоти передбачається однорідною в серцевині), а й АГ2 - населеності основного і верхнього рівнів відповідно. Тоді в разі безперервного режиму і відсутності лазерної генерації можна про-сто написати наступне балансное рівняння:
Де ар - перетин поглинання накачування, а т - час життя верхнього перебуваючи-ня. Таким чином, щоб мати треба мати = (1р / Нур) = (1 / арт),
Де 1р - інтенсивність накачування, а Нр - енергія фотона накачування. У соот-но до рис. 6.8а і табл. 9.3 ми приймемо для И (1: кварцового волокна ор = 2,8 • Ю "20 см2 і х = 300 мкс. З вищевказаного вираження отримуємо 1р = (Ьур /<зрт) г 25 кВт/см2, так что Рр = 1рАсоге = 0,25 мВт, гдеАсогв — площадь сердцевины, принятая « 10“7 см2. Таким образом, в рассмотренном примере более половины населенности основного состояния переводится на верхний уровень при мощности накачки
1 мВт або навіть менше. З легкості, з кото-рій відбувається збіднення основного рівня при накачуванні, слід, що при типових потужностях накачування зменшення коефіцієнта поглинання через
збідніння основного рівня може відбуватися на довжинах, багато переви * шує довжину поглинання малого сигналу I (I = 1 / ар, де ар - коеффіці-ент поглинання для слабкого сигналу на довжині хвилі накачування). Фактично можна показати, що якщо потужність накачування Рр перевищує потужність наси-щення в х разів, то потужність накачування буде проникати в волокні на расстоя-ня приблизно в х разів більшому в порівнянні з довжиною поглинання. Цю обставину слід брати до уваги при виборі оптималь-ної довжини волокна.
Схема волоконного лазера з ап - конверсійної накачуванням (up-conversion laser)
Як було показано вище, високі значення інтенсивності накачування в звичайному одномодовом волокні здатні перевести істотну частку на-селен основного стану на певний верхній рівень активного іона. При цьому умови другої фотон накачування на тій же самій або на дру-гой довжині хвилі може збільшити заселений-ність ще більш високо лежачого рівня. З цього рівня може відбуватися генерація на нижній рівень, наприклад на рівень ос-новного стану, так що енергія випускається-мого фотона буде навіть більшою, ніж енергія фотона накачування (рис. 9.7). Лазер, рабо-тане за такою схемою, з використаннями двох або більше фотонів однакової або Рази-них довжин хвиль для створення інверсії, називаються ється ап-конверсійним лазером. Хоча та-кі схеми працювали з об'ємними середовищами, з появою волоконних лазі-рів, що використовують особливі волокна, стало значно легше реалізовувати їх. Фактично в кварцових волокнах головною перешкодою для реалі-ції такої ап-конверсійної схеми є безвипромінювальний розпад рів-ній, задіяних в схемі, який обумовлений багатофононних Дезактив-ваціей. Як це було пояснено в розд. 2.6.1, ймовірність такого розпаду сильно залежить від числа фононів, які повинні бути поширені в цьому процесі * У цьому випадку енергія фонона є максимальною енергією в фононному спектрі матеріалу матриці, і для конкретного переходу швидкість безизлуча * ного розпаду сильно збільшується при збільшенні цієї енергії фонона * для плавленого кварцу ця енергія відповідає -1150 см-1, вона проявляє-ся в швидкому безизлучательним розпаді для області різниць лазерних рів-ній менш ніж -4500 см "1. Суттєве зменшення швидкості безизлуча - ного розпаду може вийти при виборі матеріалу зі зниженою енергією фонона. Серед таких матеріалів, з яких можна изготавли-вать волокна, найбільш широко використовуються суміші флюорид важких металів, які називаються ZBLAN (скорочення з позначень елементів-тов цирконію, барію, лантану, алюмінію і натрію) і мають максимум енер-гии фонона лише 590 см "1. Спочатку розробка таких волокон без до-додану активних іонів мотивувалася прагненням зменшити поглинутої-щення в ІК-області, оскільки це характерно для флюорид важких металів. Це, в свою чергу, важливо для перспектив створення волокон Ц ультранизьким втратами для телекомунікацій. прикладом реалізований
Можливостей є ZBLAN волокна, активовані Тш3 +. При накачени-ке трьома фотонами на тій же довжині хвилі (Л, = 1120 год-1150 нм) вийшов дуже ефективний апконверсіонний лазер, що працює в блакитний області спектра (А, = 480 нм), з вихідною потужністю понад 200 мВт. У слу-чаї ZBLAN волокон, активованих Рг3 +, при накачуванні двома фотонами на -1010 нм і
835 нм виходила генерація на декількох переходах від голу-бого до червоного (к = 491, 520, 605, 635 нм), видаючи, наприклад в блакитний області, вихідну потужність до -200 мВт. Ці дані демонструють мож-ливість практичних, повністю твердотільних ап-конверсійних ла-зерно джерел в блакитний області спектра.
Ті ж самі міркування, що призводять до низьких порогах потужності накачування волоконних лазерів, також вказують на дуже високі коефі-цієнт посилення, які можна отримати при помірних безперервних потужностях накачування. Це забезпечує основу найважливішого на сьогодні застосування активних волокон, а саме підсилювача на основі волокна, активованого Ег3 + (ЕБЕА), який використовується в якості підсилювача оптичних сигналів в системах волоконного зв'язку, що працюють на довжині хвилі
1,5 мкм. Однак роль в якості оптичного підсилювач не ограни-чивается телекомунікацією. З ростом інтересу до високопотужним волокон-ним лазерів зростає роль волоконних підсилювачів (тут зазвичай мають на увазі підсилювачі на волокнах, активованих У'3 +, або УБЕА-підсилювачі, що працюють на довжинах хвиль
1 мкм). Вони переважно використовуються в схемі МОРА (задає генератор і підсилювач потужності), де послідовно-ність каскадів волоконних підсилювачів забезпечує прогресивне на-ращіваніе вихідної потужності. Тепер ми переходимо до наступного поділу-лу, присвяченому волоконних лазерів високої потужності.
Гравірування по металу проводиться на професійному обладнанні. Гравірування з високою деталізацією застосовується для оформлення подарунків, пам'ятних речей.
В даному розділі наводиться короткий опис когерентних властивостей світла, що випромінюється звичайною лампою (лампою розжарювання або га-зонаполненной лампою). Оскільки світло в цьому випадку обумовлений спон-танним випромінюванням багатьох атомів, по суті ...
В результаті зіткнень частинок з електронами в обсязі електричного розряду відбувається постійне освіту електронів та іонів. Ударна в.о.-ція здійснюється присутніми в розряді гарячими електронами, т. Е. Тими, енергія яких більше ...