Оптоэлектроника

Оптическое усиление и насыщение усиления

Как видно из уравнений (3.50) и (3.74), в условиях инверсии заселенности проис­ходит усиление оптического сигнала вблизи резонанса. В этом случае происходит усиление интенсивности по мере прохождения пучка через среду в соответствии с соотношением:

ГО*

/(г)='ое

Где р(у) — коэффициент усиления(см ‘), определяемый уравнением (3.74):

Л2

Г{г)=

И»'К

Уравнение (4.7) может быть также записано в виде:

П, п

Пи

1 + Ф/Ф,

Где Ф5а1 — поток насыщения, определяемый соотношением:

1 = /5роп 1

Ф =

У(у)=---------------

1+ф/ф*»

(4-Ю)

Насыщение лазерного усиления

Где у0 — усиление в условиях слабого потока или холодного резонатора, которое дается соотношением:

Оптическое усиление и насыщение усиления

(4.4)

 

Оптическое усиление и насыщение усиления

(4.5)

 

Оптическое усиление и инверсия заселенности

Где па = п2 — пх в рассматриваемом случае есть различие заселенности в условиях фотонно­го потока, а ^(у) — функция формы линии, описанная в Дополнении З. А. Напомним, что ек = гРор есть относительная проницаемость среды, Я — длина волны в вакууме и / — время

Жизни спонтанной эмиссии, определяемое (3.82). Уравнение (4.4) действительно только, если коэффициент усиления у не зависит от положения (это, как правило, не имеет места, что обсуждается далее в Дополнении 4.Б). Стационарное значение па мы получаем из (4.1) с учетом того, что в данном случае Ф ф 0. При этом уровень инверсии заселенности опре­деляется соотношением:

 

(4.6)

 

Где — постоянная времени оптического насыщения, определяемая соотношением:

Г, + г, 1 - (4.7)

 

Оптическое усиление и насыщение усиления

(4.8)

Инверсия заселенности и поток насыщения

 

Оптическое усиление и насыщение усиления

(4.9)

 

Поток насыщения лазерной среды

Этот параметр во многих отношениях подобен параметру, введенному в (3.56). Таким об­разом, мы сразу получаем выражение для изменения усиления среды в функции фотонно­го потока:

 

Оптическое усиление и насыщение усиления

П(у)= "<,0°оЛу)= ”.

 

«(О

 

(4.11)

 

Усиление лазерной среды в условиях холодного резонатора

На рисунке 4.2. показано относительное изменение коэффициента усиления среды у/у0 в функции нормированного оптического потока Ф/Ф^. Отметим умень­шение усиления по мере возрастания оптического потока. Этот механизм по оче­видным причинам называется насыщением оптического усиления, при этом в его

 

Оптическое усиление и насыщение усиления

Рис. 4.2. Насыщение оптического усиления в двухуровневой системе в функции нормированного фотонного потока Ф/Ф^.

Основе лежит выравнивание заселенности между уровнями, обеспечивающими уси­ление, как только поглощение и стимулированная эмиссия начинают доминиро­вать над другими механизмами.

Пример-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

В таблице 4.1 приведены характеристики основных переходов, используемых в твер­дотельных лазерах. Лазер на основе алюмо-иттриевого граната (YAG), активиро­ванного неодимом, работает в основном на переходе, обеспечивающем длину вол­ны 1,064 мкм.

Табл. 4.1. Длина волны излучения (Ает), оптическое поперечное сечение (сгор), время жизни спонтанной эмиссии (/ ), ширина линии (Ау) и коэффициент оп­

Тического преломления (Уор) основных лазерных сред, имеющих технологи­ческое значение

Лазерная

Среда

Лет (мкм)

% <см2)

^spon

Av

*ор

Nd3+:YAG

1,064

4 хі О"19

1,2 мс

120 ГГц

1,82

Er3+:Si02

1,55

5 х 10-21

10 мс

4 ТГц

1,45

Ti3+:A1203

0,66-1,88

3 x 10-19

3 mkc

100 ТГц

1,8

Ar+

0,515

3 xlO-12

10 не

3,5 ГГц

1

Измеренное время спонтанной эмиссии /роп = 1,2 мс, а ширина перехода со­ставляет 120 ГГц. В резонансе оптическое поперечное сечение дается соотношени­ем (3.73):

Л2

1

4 х 10 19 см;

Ор 8*«Чро„ яг

Если мы предположим, что плотность инверсной заселенности пм при малом фотон­ном потоке по порядку величины составляет 1016 см~3, получаем, что лазерное усиление у0 составляет:

Оптическое усиление и насыщение усиления

Соответствующее усиление при одном проходе в стержне длиной 20 см будет пренебрежимо малым (0,08). Тем не менее многократный проход усиленного излу­чения через ту же самую среду способен обеспечить значительный результирую­щий уровень усиления. В предположении, ЧТО Г, = 30 НС, Т2 = / и г5а1 « / с использованием (4.9) мы получаем поток насыщения:

Оптическое усиление и насыщение усиления

21

подпись: 21

С

подпись: с

-1

подпись: -1Ф

Эта величина соответствует плотности оптической мощности 390 Вт см 2. Для такого уровня потока фотонов (сравнительно низкого) усиление уменьшается вдвое.

Оптоэлектроника

Приобретаем- купить осциллограф, тепловизоры, источники питания

Тепловизионные камеры. Тепловизоры testo - полупроводниковые приборы, наделённые возможностью наблюдать тепловое либо световое излучение. Тепловизор flir на собственном мониторе изображает оранжевыми, красными и желтыми цветами объекты, источающие тепло, но прохладные …

Конкуренция мод: перекрестные модуляторы

В дополнении 11.Д мы видели, что вблизи порога полупроводниковый лазер может генерировать в многомодовом режиме несмотря на то. что усиливающая среда яв­ляется однородной. При достаточно сильном возбуждении настолько выше порога, …

Униполярные квантово-каскадные лазеры

Одной из характерных особенностей полупроводниковых лазерных диодов являет­ся то, что в прямо смещенном диоде принимают участие два типа носителей (элек­троны и дырки). Это делает традиционные лазерные диоды биполярными приборами. Существует …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.