Модуляция добротности

1. Модуляция добротности (Q-swithing) Суть метода:длительное накопление энергии в инверсной населенности с последующим быстрым высвечиванием.

2. Модуляция добротности Динамика Гигантский импульс Накопление энергии Предельное значение

3. Модуляция добротности Импульс Система нелинейных уравнений относительно n иN. медленно n- плотность фотонов. - разность населенностей. ф- время жизни фотона 2- время жизни верхнего уровня. Nt- пороговая инверсная разность населенностей. a= 2, если нижний уровень медленно опустошается, = 1 в противном случае.

4. Делим второе уравнение на первое: Начальные условия: Решение: Модуляция добротности

5. - энергия фотона. - количество фотонов в резонаторе. - относительные потери энергии на высвечивание за единицу времени. Модуляция добротности Выходная мощность (в любой момент времени) Физический смыслмножителей

6. Максимум мощности (то есть точка экстремума) соответствует Используя балансное уравнение для n: находим, что в максимуме Подстановка в выражение для n с учетом того, что дает Оценки показывают, что Модуляция добротности Пиковая выходная мощность и

7. - балансное уравнение Если воспользоваться выражением для nи подставить в него , при котором n=0, то для логарифма получим Модуляция добротности Энергия импульса

8. Модуляция добротности Окончательно Если предположить, что потери резонатора в основном связаны с выходным излучением, то есть то Эта формула показывает, что практически вся запасенная энергия в инверсной населенности переходит в энергию импульса.

9. Модуляция добротности Длительность импульса можно грубо оценить как отношение энергии импульса к пиковой мощности Численные расчеты формы импульса

10. Модуляция добротности Возможные задачи, связанные с темой Q-модуляция. • Nd:YAG лазер работает в режиме модуляции добротности на длине волны 1064 нм и излучает импульсы энергией 100 мДж и длительностью 5 нс. Диаметр пучка внутри лазерной кюветы 4 мм. Необходимые данные о Nd:YAG взять из таблицы. Определить: • Максимальную выходную мощность импульса. • Количество фотонов в одном лазерном импульсе. • В предположении, что выходное зеркало имеет пропускание 70%, определить скорость (вероятность) стимулированного излучения в максимуме выходного импульса. Во сколько раз она больше вероятности спонтанного излучения.

11. a) b) Решение c)

12. Модуляция добротности Способы реализации • Активная модуляция добротности. • Вращение зеркала. • Электрооптический затвор. • Акустооптический затвор. • Пассивная модуляция. • Насыщающийся поглотитель.

13. Модуляция добротности

14. Модуляция добротности

15. Модуляция добротности Electrooptical Q-Switching

16. - угол падающего пучка. Модуляция добротности Acoustooptic Q-Switches Bragg diffraction When this equation is satisfied, reflected waves from each parallel plane will be separated by a phase shift of exactly 2, so that constructive interference takes place.

17. Модуляция добротности Acoustooptic Q-Switches Raman–Nath diffraction Raman–Nath diffraction occurs when the incoming beam is aligned perpendicular to the alternating layers, which now act like parallel slits in a transmission diffraction grating.

18. Модуляция добротности Выводы • Для реализации метода требуются лазерные среды с большими временами жизни верхнего уровня. Из наиболее распространенных лазеров это рубиновый и Nd:YAG лазеры. • Характерные длительности импульсов – наносекунды и сотни наносекунд. Ограничены снизу временем жизни фотона. • Мощности импульса достигают десятков МВт и выше.