6 / 17
Малогабаритный эрбиевый лазерный излучатель с диодной накачкой…
ISSN 0236-3933. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2017. № 5
19
Зависимость эффективности дифрак-
ции от акустической мощности, получен-
ная на основе (3), приведена на рис. 2.
Методика расчета основных парамет-
ров лазера на эрбиевом стекле.
Особен-
ность иттербий-эрбиевой активной среды
состоит в том, что поглощение накачки в
ней происходит на переходе
2
2
7/2 5/2
F F
иона
3
Yb ,
от которого энергия возбужде-
ния передается на уровень
4
11/2
I
иона
3
Er .
Передача энергии возбуждения со-
провождается кооперативными процессами, приводящими к заселению уров-
ней иона эрбия, расположенных выше уровня
4
11/2
.
I
Подробно вклад каждого
процесса в зависимости от уровня возбуждения рассмотрен в работе [1]. На ос-
новании результатов указанной работы, можно полагать, что при уровнях воз-
буждения до
Er
n
= (0,75…0,8)
N
Er
, характерных для работы в режиме модуляции
добротности, при анализе достаточно ограничиться упрощенной численной
моделью Yb:Er:glass-лазера в виде системы дифференциальных уравнений [10]
при условии, что резонатор под действием сигнала на АОЗ заперт и плотность
потока фотонов внутри равна нулю:
Yb
Yb
Yb Er
Er
Yb
Er
Er
Yb Er
Er
Er
;
,
abs
p
n P n n N n
t
h
n
n
n N n
t
(5)
где
Yb Er
,
n n
— временные зависимости плотности инверсной населенности
уровней
2
5/2
F
3
Yb
и
4
13/2
I
3
Er
;
Yb
1 мс,
Er
8 мс
— время спонтанной
эмиссии атомов иттербия и эрбия;
abs
P
— объемная плотность поглощенной
мощности накачки;
—
p
h
энергия фотона накачки;
Er
N
— концентрация ато-
мов эрбия
;
16 3 1
3, 7 ·10 см ·с
— параметр передачи возбуждения между
уровнями
3
Yb
(
2
5/2
F
) и
3
Er
(
4
13/2
I
). Объемную плотность поглощенной
мощности накачки находят по формуле
АЭ
p p
abs
P
P
V
,
p
— эффективность
накачки;
p
P
— мощность накачки;
АЭ
V
— объем активного элемента (АЭ);
19
3
Er
3·10
.
см
N
Для накачки эрбий-иттербиевых лазеров широко используют лазерные ди-
одные линейки мощностью 70…300 Вт в квазинепрерывном режиме работы с
длиной волны 940…970 нм, в связи с чем большое распространение получили
поперечные схемы накачки активного элемента, когда диодные линейки распо-
Рис. 2.
Зависимость эффективности
дифракции от акустической
мощности