8 / 17
Малогабаритный эрбиевый лазерный излучатель с диодной накачкой…
ISSN 0236-3933. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2017. № 5
21
Рис. 5.
Относительное распределение поглощенной мощности накачки по сечению
АЭ (
а
) и соответствующая ему карта уровней инверсии ионов эрбия (
б
)
В соответствии с отмеченными выше особенностями была разработана ме-
тодика расчета эрбиевого излучателя, алгоритм которой представлен на рис. 6.
Методика предполагает два основных этапа: 1) расчет выходной энергии в ре-
жиме свободной генерации излучения на основе накопленной в резонаторе
энергии; 2) расчет параметров гигантского импульса (энергии и длительности) в
режиме демпфирования добротности резонатора.
В случае двухзеркального резонатора, одно из зеркал которого «глухое», а
другое — имеет коэффициент отражения
,
пороговый коэффициент усиления
равен
а
2
a
1 2
ln ,
2
th
a
g
L
L
(7)
где
a
— пассивные потери в резонаторе;
а
L
— длина активной среды.
Для определения пороговых характеристик генерации лазера в зависимости
от коэффициента отражения выходного зеркала
2
на основе (5) определялась
пороговая мощность накачки
,
th
P
значение которой соответствовало выполне-
нию условия равенства пороговой ( )
th
n
и максимальной
Er
( )
n
плотностям ин-
версной населенности, вычисленных на основе (7) и (5), при длительности им-
пульса накачки 5 мс и длине активной среды
а
24 мм.
L
Зависимость порого-
вой мощности накачки от коэффициента отражения выходного зеркала
2
по-
казана на рис. 7,
а
.
Результаты решения системы (5) для максимальной мощности накачки
P
max
=130 Вт, достижимой в эксперименте, где использовались две лазерные ди-
одные линейки
АТС-Q70
, приведены на рис. 7,
б
.
Максимальная плотность инверсной населенности рабочего уровня
0
,
n
как
следует из решения, равна
19
3
0 Er
2, 5·10
,
см
n n
а коэффициент усиления
0
g
для трехуровневой эрбиевой среды находится как