авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 |

Экспериментальное и расчётно-теоретическое исследование физических процессов в лазерных системах на парах меди с целью улучшения удельных выходных характеристик

-- [ Страница 5 ] --

Исследуется влияние на пиковую мощность ряда характеристик входного импульса и величины зад. На рис. 9 представлены результаты оптимизации ДУПМ по пиковой мощности при неизменном режиме возбуждения. Максимум на кривых соответствует оптимальным значениям зад, определяемым соотношениями (6)-(8). С другой стороны при использовании ЗГ с более коротким импульсом согласно (7) необходимо уменьшить оптимальную величину зад, что и наблюдается в эксперименте – максимумы кривых на рисунке сдвигаются влево. Отметим, что величина инв при строгом рассмотрении не является параметром, а зависит от пиковой мощности и динамики усиления импульса излучения в активной среде. В целом, результаты экспериментальной проверки подтверждают справедливость качественной модели увеличения пиковой мощности ДУПМ.

Для уточнения перспективы обсуждаемых МУПМ проводились исследования с увеличенным числом проходов в усилительном каскаде. Для этого была разработана схема и создан макет четырёхпроходного усилителя на парах меди. Представлены результаты экспериментов. Приводится также анализ и сравнение процессов усиления в двух- и четырёхпроходной схеме усилителей. В усилителе с четырьмя проходами проявились процессы, которые трудно было заранее оценить в количественном отношении. Это конкуренция между усилением входного импульса ЗГ и развитием генерации из спонтанных затравок в “паразитном” резонаторе, образуемом оптическими элементами блоков возврата луча. Поэтому большое внимание уделено изучению этого явления и другим причинам, ограничивающим увеличение пиковой мощности при большом числе проходов. Оригинальная методика позволила проследить эволюцию усиления импульса ЗГ (рис. 10) при его последовательных проходах через УК.

Полученные результаты полезны для анализа физических процессов, протекающих в МУПМ и дальнейшего развития работ по их совершенствованию.

Шестая глава посвящена исследованию нелинейного преобразования частот многопучкового излучения ЛПМ с неустойчивым оптическим резонатором и качественного излучения ДУПМ с повышенной пиковой мощностью. Кроме того, представлены разработки конкретных схем источников ультрафиолета. Поскольку генерация ЛПМ происходит на двух линиях 1=0,578 мкм и 2=0,51 мкм, то с помощью механизмов генерации вторых гармоник (ГВГ) можно получать ультрафиолетовое излучение (УФИ) на длинах волн 3=0,289 мкм и 3=0,255 мкм, а посредством генерации суммарной частоты (ГСЧ) на длине волны 3=0,271 мкм. Для выбранных нелинейных кристаллов BBO и DKDP наиболее эффективно реализуется скалярный синхронизм первого типа оое. В этом случае ЛПМ должен генерировать линейно поляризованное излучение, поэтому неустойчивый резонатор дополнялся призмой Глана. Для достижения в кристалле нужной плотности и расходимости излучения применялись различные оптические системы формирования пучка (СФП), располагаемые между ЛПМ и кристаллом: линза (объектив) для острой фокусировки излучения, телескопический коллиматор из сферических линз, создающий параллельный пучок малого диаметра и цилиндрические линзы.



В экспериментах по ГСЧ использовались лазерные активные элементы ГЛ-201 с выходной мощность ~20 Вт на частотах следования импульсов 10 кГц и кристалл DKDP. Исследовалась структура излучения ЛПМ в дальней волновой зоне (ДВЗ) и структура преобразованного СФП излучения в зоне расположения кристалла. Измерены расходимости резонаторных пучков и доли энергии при различных коэффициентах увеличения М. В случае М=200 величина , приходящаяся на пучок с наименьшей расходимостью 0,14 мрад, не превышала (10-15)%. Если в качестве СФП использовался телескопический коллиматор, то такой пучок фокусировался входной линзой f1 ~550 мм в точку А вблизи её фокуса, а резонаторные пучки с большой расходимостью в точку В на ~30-40 мм дальше. В зоне АВ наблюдалась длинная перетяжка (каустика лучей). При перемещении фокуса выходной линзы f2 от точки А к точке В резонаторные пучки последовательно преобразовывались на выходе СФП в “параллельный” пучок малого диаметра, а расходимость остальных пучков заметно увеличивалась. Измерялись диаметры преобразованных пучков d и их расходимости '.

Максимальные значения средней мощности УФИ Wуф и к.п.д. нелинейного преобразования наблюдались тогда, когда фокус f2 располагался в середине перетяжки, создаваемой входной линзой коллиматора f1. В этом случае через кристалл в основном проходили и участвовали в нелинейном преобразовании резонаторные пучки с минимальной и средней расходимостью. При выделение же пространственным фильтром пучков только с минимальной расходимостью величина Wуф существенно снижалась, а оставался на прежнем уровне (рис. 11).

Во всех случаях величина достигала максимального значения при оптимальном соотношение f2/f1=0,06-0,09.

Значения Wуф и существенно увеличивались с ростом числа М и мощности Wк на входе в кристалл. После оптимизации по f2 достигнута максимальная (на кристалле DKDP) величина Wуф=0,75 Вт и =12 % (рис. 12).

Для сравнения проводились эксперименты с острой фокусировкой излучения непосредственно в середину кристалла DKDP (СФП – объектив f1). В зоне кристалла местоположение и диаметры перетяжек резонаторных пучков, плотности мощности в перетяжках заметно отличались из-за различного качества и расходимости излучения отдельных пучков. Такая ситуация не соответствует оптимальным условиям нелинейного преобразования частоты сфокусированного излучения ЛПМ сразу для всех пучков. Тем не менее, в экспериментах выявлено, что существуют оптимальные значения фокусного расстояния f1, при котором достигаются максимальные значения Wуф и . Результаты показывают, что с острой фокусировкой получаются более низкие, в (1,5-2) раза, значения и Wуф, чем в экспериментах с параллельным пучком при близких входных энергетических параметрах излучения ЛПМ.

Аналогичные эксперименты проводились и с применением лазерных активных элементов LT-10Cu (мощность ~10 Вт на частотах следования импульсов 12,5 кГц). При этом, кроме DKDP использовался кристалл BBO, что позволяло осуществлять ГВГ. Несмотря на сравнительно низкую мощность исходного излучения, в простейшей схеме с острой фокусировкой излучения в кристалл достигнуты приемлемые для практического применения импульсные мощности (рис.13.), средние мощности и к.п.д. Так для ГВГ (0,255 мкм) из зелёной линии 0,35 Вт и 7%, для ГСЧ (0,271 мкм) 0,42 Вт и 5%.

В целом эксперименты указывают на то, что многопучковый характер генерации ЛПМ снижает эффективность использования полной мощности лазера. Однако, при тщательной оптимизации режимов работы ЛПМ, СФП и за счёт подбора кристаллов возможно достижение значительных мощностей ультрафиолета.

Далее, в шестой главе предложена и реализована схема источника УФИ с использованием особого двухпроходного усилителя, описанного в гл. 5. Повышенная пиковая мощность импульсов излучения ДУПМ при сохранении средней мощности позволяет увеличивать эффективность преобразования в нелинейном кристалле за счет увеличения пиковой плотности мощности входящего в кристалл излучения, не прибегая к чрезмерному уменьшению диаметра пучка. Сильное сжатие линейного размер пучка в главной плоскости кристалла отрицательно влияет на его предельную расходимость и соответственно на эффективность генерации гармоник. Высокое качество и однопучковый характер излучения ДУПМ также способствует достижению большой эффективности .

Схема источника УФИ представлена на рис. 14. Пучок излучения после коллиматора 8 проходил через цилиндрическую линзу 9, которая сжимала его только по одной оси, перпендикулярной плоскости рисунка (главной плоскости кристалла). Сечение пучка вблизи перетяжки имело приближенно форму прямоугольника шириной h, величина которой задавалась максимально большой и ограничивалась только поперечным размером кристалла. Это делалось с целью получить в главной плоскости кристалла (плоскости синхронизма) минимальную величину предельной дифракционной расходимости пучка, которая определяется размером h. Для сравнения, проводились эксперименты с пучками круглого сечения. Исследовалось влия-ние параметров исходного излучения ДУПМ и качества оптических элементов на эффективность .

Подобраны два режима работы усилителя. Первый с максимальной пиковой мощностью на выходе усилителя Uж+з от 300 кВт до 210 кВт, со средней мощностью Wж+з~23 Вт и отношением мощности на жёлтой линии генерации к мощности на зелёной линии (Wж/Wз)0,7.

Второй с Uж+з~190 кВт, Wж+з~18,5 Вт и отношение (Wж/Wз)1,0. В первом режиме получается наибольшая эффективность ГВГ из зелёной линии. Второй режим более предпочтителен для ГСЧ и ГВГ из жёлтой линии, поскольку в этом случае импульсы жёлтой Uж(t) и зелёной Uз(t) линий практически совпадают (рис. 15), а пиковое значение Uж достигает максимума.

Наилучшие результаты (см. табл. 2.) получены при работе с пучком прямоугольного сечения, как для кристалла ВВО, так и DKDP. При полной мощности лазерной системы 18,5 Вт и мощностях на входе в кристалл ВВО порядка 15 Вт достигнуты сравнительно высокие средние мощности и средние эффективности преобразования: для ГСЧ – 3,6 Вт, 24 %, для ГВГ из желтой линии 3,4 Вт, 44 % и для ГВГ из зелёной линии 2,1 Вт, 27 %. На кристалле DKDP для ГСЧ - 2,1 Вт, 14 %. При использовании пучка круглого сечения, мощность УФ излучения и эффективность преобразования не превосходили соответственно 1,8 Вт и 11 % (ГСЧ на DKDP).

Значительные эффективности и мощности нелинейного преобразования в данных экспериментах связаны с уменьшением расходимости пучка в кристалле до значений, сравнимых с угловой шириной синхронизма, что сделано за счёт увеличения ширины пучка h и устранения различных оптических аберраций. С другой стороны, повышенная пиковая мощность ДУПМ дала возможность поддерживать достаточно высокие плотности мощности в перетяжке с большой шириной h (площадью пятна) при использовании усилителя с малой средней мощностью. Проводится сравнение полученных результатов с литературными данными. При уровне мощности излучения двухпроходного усилителя менее 19 Вт с использованием нелинейных кристаллов DKDP и ВВО по всей вероятности получены рекордные мощности УФИ и к.п.д. Ранее такие значения реализовывались, в основном, при использовании лазерных систем на парах меди с мощностью исходного излучения свыше 40-50 Вт.

Таблица 2. Генерация УФ излучения, fc фокусное расстояние цилиндрических линз.

Кристалл Процесс мкм Wз+ж Вт кВт кВт h мм мрад fc мм Wуф Вт %
DKDP ГСЧ 0,271 14,6 0,9 80 72 9.0 0,3-0,4 400 2,1 14
DKDP ГСЧ 0,271 15,4 0,9 80 72 9,0 0,3-0,4 150 1,54 10
ВВО ГСЧ 0,271 15,0 1,0 77,6 77,6 5,5 0,5-0,66 150 3.6 24
ВВО ГВГ 0,255 15,6 1,0 80 - 5,5 0,5-0,66 150 2,1 27
ВВО ГВГ 0,289 15,6 1,0 - 80 5,5 0,5-0,66 150 3,4 44






Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.