Modeling of generation dynamics of passively and actively Q‐switched solid‐state lasers

Abstract

A theoretical model for simulation of generation dynamics of microchip lasers is presented. A number of physical effects influencing generation of microchip lasers that are usually omitted are accounted. Results of theoretical calculations are in good agreement with experimental data.

Kietakūnių lazerių su pasyvia ir sktyvia kokybės moduliacija generacijos dinamikos modeliavimas

Santrauka. Kietakūniai lazeriai su pasyvia ir aktyvia kokybės moduliacija naudojami įvairiose mokslo ir technikos srityse. Tarp kietakūnių lazerių plačiausiai naudojami iki šiol yra lazeriai Nd:YAG pagrindu. Pasyvi kokybės moduliacija yra paprasčiausias kokybės moduliacijos būdas. Todel Cr⁴⁺: YAG ir giminingų kristalų įsisotinimo mechanizmai plačiai tyrinėjami. Naudojant keturių lygmenų modelį su greita relaksacija, gautos paprastos analizines išraiškos įsisotinančiai sugerčiai. Tačiau toks modelis neleidžia įskaityti skirtumo tarp nanosekundinių ir pikosekundinių impulsų, naudojamų eksperimentuose, ir gausinio intensyvumo pasiskirstymo pluošto skerspjūvyje. Šiame darbe siūlomas patobulintas modelis Cr⁴⁺: YAG sugerties skerspjūvių nustatymui. Parodyta, kad turi būti įskaityti šuoliai tarp sužadintų singletinio ir tripletinio lygmenų penkių lygmenų schemoje, siekiant įskaityti skirtingas žadinančių impulsų trukmes. Siūlomo modelio lygtyse atsižvelgta į žadinančio pluošto difrakciją, todėl tinkamai aprašomas sufokusuoto pluošto sklidimas įsisotinančiame sugėriklyje. Skaitmeniniam lygčių sistemos sprendimui naudotas atskyrimo pagal fizikinius daugiklius būdas. Taikytas atskyrimo būdas tenkina tvermės dėsnio diferencialiniam uždaviniui baigtinių skirtumų analogą. Šiame darbe pateiktas sugėriklio modelis įgalina detalų impulsų su sudėtinga erdvine‐laikine struktūra pralaidumo dinamikos modeliavimą. Neseniai pademonstruoti miniatiūriniai mikrolazeriai Nd pagrindu su pasyvia kokybės moduliacija, kurių rezonatoriaus ilgiai yra milimetrų eilės ir kurie kaupinami lazeriniais diodais. Šie įrenginiai generuoja impulsus, kurių pasikartojimo dažniai kilohercų eilės ir kurių trukmės siekia 100ps. Jų generacija stabilesnė negu daugelio sistemų su modų sinchronizacija. Lazerių su pasyvia kokybės moduliacija trūkumas yra žymi impulso pasirodymo momentų sklaida, veikiant impulsų serijos generacijos režime. Gerai žinoma, kad lazeriai su kombinuota aktyvia ir pasyvia kokybės moduliacija pasižymi žymiai mažesne laikine sklaida. Šiame darbe siūlomas teorinis modelis kieto kūno mikrolazerių su kokybės moduliacija ir nuolatiniu diodiniu kaupinimu generacijos modeliavimui, atsižvelgiant į apatinio darbinio lygmens baigtinę gyvavimo trukmę, sugerti iš sužadintos būsenos įsisotinančiame sugėriklyje, savaiminio spinduliavimo ir kaupinimo energijos fluktuacijas, įsisotinančio kristalinio sugėriklio kristalografinių ašių orientaciją spinduliuotės poliarizacijos atžvilgiu ir pan. Parodyta, kad rezultatai, gauti naudojant šį modelį, gerai sutampa su žinomais eksperimentiniais rezultatais.

First Published Online: 14 Oct 2010

Keyword : -