Vlastní pulzace - Self-pulsation - Wikipedia

Tento článek může vyžadovat vyčištění setkat se s Wikipedií standardy kvality. Specifický problém je: formátování, gramatika, koherence Prosím pomozte vylepšit tento článek jestli můžeš. (Září 2012) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony)

Vlastní pulzace je přechodný jev v lasery s kontinuální vlnou. Vlastní pulzace probíhá na začátku roku laserová akce. Při zapnutí čerpadla se zvyšuje zisk aktivního média a překračuje hodnotu ustáleného stavu. Počet fotonů v dutině se zvyšuje, čímž se snižuje zisk pod hodnotu ustáleného stavu atd. Laser pulzuje; výstupní výkon ve špičkách může být řádově větší než mezi impulsy. Po několika silných špičkách se amplituda pulzace snižuje a systém se chová jako lineární oscilátor s tlumením. Pak pulzace klesá; toto je začátek nepřetržitý provoz.

Rovnice

Jednoduchý model vlastní pulzace se zabývá číslem ${ displaystyle X}$ fotonů v laserové dutině a počet ${ displaystyle ~ Y ~}$ vzrušení v získat střední. Evoluci lze popsat pomocí rovnic:

${ displaystyle ~ { begin {aligned} {{ rm {d}} X} / {{ rm {d}} t} & = KXY-UX {{ rm {d}} Y} / { { rm {d}} t} & = - KXY-VY + W end {zarovnáno}}}$

kde${ displaystyle ~ K = sigma / (st _ { rm {r}}) ~}$ je vazebná konstanta,
${ displaystyle ~ U = theta L ~}$ je míra relaxace fotonů v laserová dutina,
${ displaystyle ~ V = 1 / tau ~}$ je míra relaxace buzení získat střední,
${ displaystyle ~ W = P _ { rm {p}} / ({ hbar omega _ { rm {p}}}) ~}$ je čerpací rychlost;
${ displaystyle ~ t _ { rm {r}} ~}$ je doba zpětného světla v laserový rezonátor,
${ displaystyle ~ s ~}$ je oblast přečerpávaná oblast (dobrý shoda režimu se předpokládá);
${ displaystyle ~ sigma ~}$ je emisní průřez na frekvence signálu ${ displaystyle ~ omega _ { rm {s}} ~}$.
${ displaystyle ~ theta ~}$ je přenosový koeficient z výstupní vazební člen.
${ displaystyle ~ tau ~}$ je životnost buzení z získat střední.
${ displaystyle P _ { rm {p}}}$ je výkon čerpadla absorbovaný v získat střední (o kterém se předpokládá, že je konstantní).

Takové rovnice se objevují v podobné formě (s různými notacemi pro proměnné) v učebnice na laserová fyzika například monografie A. Siegmana.^[1]

Stabilní řešení

${ displaystyle { begin {aligned} X_ {0} & = { frac {W} {U}} - { frac {V} {K}} Y_ {0} & = { frac {U} {K}} end {zarovnáno}}}$

Slabá pulzace

K úpadku malých pulzací dochází s rychlostí

${ displaystyle { begin {zarovnáno} Gamma & = KW / (2U) Omega & = { sqrt {w ^ {2} - Gamma ^ {2}}} end {zarovnáno}}}$

kde

${ displaystyle w = { sqrt {KW-UV}}}$

V praxi může být tato rychlost řádově menší než opakovací frekvence pulzů. V tomto případě je rozpad vlastní pulzace ve skutečných laserech určen jinými fyzikálními procesy, které nejsou brány v úvahu s výše uvedenými počátečními rovnicemi.

Silná pulzace

Přechodný režim může být důležitý pro kvazikontinuální lasery, které musí pracovat v pulzním režimu, například aby se zabránilo přehřátí.^[2]

Věřilo se, že existují pouze numerická řešení pro silnou pulzaci, špice. Silné bodnutí je možné, když ${ displaystyle U / V ll 1}$, tj. životnost excitací v aktivním médiu je velká ve srovnání s životností fotonů uvnitř dutiny. Stoupání je možné při nízkém vypouštění vlastní pulzace, v odpovídajících obou parametrech ${ displaystyle u}$ a ${ displaystyle ~ v ^ {} ~}$ by měl být malý.

Záměr realizace oscilátor Toda na optickém stole je znázorněno na obr. Barevné křivky jsou oscilogramy dvou výkřiků kvazi kontinuální čerpané diody mikročip polovodičový laser na Yb: YAG keramika, popsal.^[3] Tlustá černá křivka představuje přiblížení v jednoduchém modelu s oscilátor Toda. Probíhá pouze kvalitativní dohoda.

Toda oscilátor

Změna proměnných

${ displaystyle { begin {zarovnáno} X & = X_ {0} exp (x) Y & = Y_ {0} + X_ {0} y t & = z / w end {zarovnáno}}}$

vést k rovnici pro Toda oscilátor.^[4][3] Při slabém rozpadu samovolné pulzace (i v případě silného nárůstu) lze řešení odpovídající rovnice aproximovat pomocí elementární funkce. Chyba takové aproximace řešení počátečních rovnic je ve srovnání s přesností modelu malá.

Pulzace reálného výstupu reálných laserů v přechodném režimu obvykle vykazuje významnou odchylku od výše uvedeného jednoduchého modelu, ačkoli model poskytuje dobrý kvalitativní popis fenoménu sebepulzování.

Viz také

• Polovodičové lasery
• Diskový laser

Reference

• Koechner, William. Polovodičové laserové inženýrství, 2. vyd. Springer-Verlag (1988).

externí odkazy

• https://web.archive.org/web/20070514062058/http://www.tcd.ie/Physics/Optoelectronics/research/self_pulse.php (vlastní pulzace v polovodičových laserech)