Оптическая накачка

Наиболее интенсивные полосы поглощения в энергетическом спектре большинства активних сред расположены в видимой области спектра и прилегающей к ней участках инфракрасного и ультрафиолетового диапазона. Основное требование к характеристикам излучения источника накачки - излучение в этих областях спектра. Соотношение между коэффициентами спонтанного и вынужденного излучения A/B=8πh/l³. С уменьшением длины волны резко возрастает роль спонтанного излучения, что обуславливает трудности создания коротковолновых лазеров с оптической накачкой. Кроме того, частота излучения накачки должна превышать частоту излучения лазера. Наиболее распространенный метод накачки для твердотельных лазеров - оптическая накачка газоразрядными лампами, наполненными инертными газами. При выборе лампы накачки исходный параметр - площадь поверхности разрядного промежутка, которая должна быть приблизительно равной площади кристалла активного вещества. Чаще всего применяют импульсную лампу, которая представляет собой заполненную инертным газом кварцевую трубку, имеющая вакуумсваренные с молибденовыми электродами окончания. Лампы накачки для работы в импульсных лазерах заполняют ксеноном (высокая светоотдача из-за низкого потенциала его ионизации и высокой атомной массы), ксеноновые лампы могут иметь различную конфигурацию. Потери энергии в таких устройствах на нагрев и поглощение кварцевой трубкой не превышают 25…30 %. Для эксплуатации расчитывают долговечность и надежность лампы через коэффициент нагрузки Кл=Е_л/(Е_л)max, где Е_л - рабочая энергия, (Е_л)max - предельная энергия, при которой возможна работа лампы: (Е_л)max=1,2_*10⁴d_лL_лt_л^0,5, где t_л - длительность импульса. В зависимости от режима питания лампы меняется спектральное распределение её излучения. С увеличением тока, протекающего через лампу, спектральное излучение смещается в область коротких длин волн. Длительность вспышки и энергия лампы растут с увеличением емкости конденсаторов блока питания (100…800 мкФ - 1_*10^-4 …7_*10^-4 с). При уменьшении крутизны нарастания импульса разрядного тока (достигается введеним индуктивности в разрядный контур) возрастает величина предельной энергии лампы.

Одна из характерных особенностей газоразрядных ламп - возможность использования в качестве коммутирующего устройства для импульсных лазеров. Для каждой лампы существует своя предельная частота вспышек, при превышении которой импульсная лампа переходит в стационарный режим горения. Для обеспечения условий коммутации импульсной лампой требуется введение деионизационного промежутка времени между разрядом накопителя и началом его повторной зарядки (обычно время деионизации сост. 15…20 мс) Максимальное напряжение источника не должно превышать напряжения самопробоя (самопроизвольного разряда).

Параметры разрядного контура, в который включена импульсная лампа, определяют, решая дифференциальное уравнение

dI_pk/dt+aI_pk^0,5+òI_pkdt=1

a=1,02_*L_л/d_л(U₀z₀)^0,5- параметр, определяющий колебательный процесс в разрядном контуре

Z₀=ÖL_pk/C - волновое сопротивление разрядного контура

I_pk=jz₀/U₀ - ток в разрядном контуре

t=t/t_зар - относительное время t_зар=(L_ркС)^0,5

В справочной литературе приводится графическое отображение решения уравнения для различных значений a. Для питания импульсных ламп накачки применяют емкостные накопители энергии.