Реферат: Рубиновый оптический квантовый генератор - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Рубиновый оптический квантовый генератор

Банк рефератов / Радиоэлектроника

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 391 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

16 Содержание : 1. ОКГ на твёрдом теле…………………………………………………. 2 2. Актив ный элемент рубинового ОКГ……………………………….. 4 3. Работа рубинового ОКГ……………………………………………… 8 4. Осветители……………………………………………………………. 14 5. Использованная литература…………………………………………. 16 ОКГ на твёрдом теле. Оптическими квантовыми ген ераторами (ОКГ ) на твердом теле называют такие оптические кван товые генераторы , в которых в качестве активной усиливающей среды используется кристаллический или аморф ный диэлектрик . Примерами твердотельных ОКГ могут служить широкоизвестные рубиновые ОКГ или генераторы на стекле . В этом случае инверсия заселенности образуется на энергетических уровнях атомов и ионов вещества , нахо дящегося в твердом агрегатном состоянии. При рассмотрении твердотельных ОКГ следует учи тывать принципиальные особенности таки х приборов . Концентрация активных частиц в твердом материале (10 17 — 10 20 см ~ 3 ) на несколько порядков превышает кон центрацию частиц в газовых средах . Поэтому в твердом теле населенности энергетических уровней значительно больше . Естественно , что и абсолют ная величина инвер сии заселенностей может быть существенно больше , чем в газах . Отсюда понятно , что твердые активные среды должны характеризоваться высоким коэффициентом уси ления . Это позволяет , во-первых , получать большие мощ ности генерации и , во-втор ы х , добиваться генерации при малой длине активного слоя. Твердое тело как оптическая среда обладает гораздо меньшей оптической однородностью по сравнению с газами . Это приводит к возникновению объемных потерь на рас сеяние , снижению добротности резонатора п ри значитель ной длине активного элемента . Поэтому нет смысла делать активные элементы большой длины . Активные элементы твердотельных ОКГ имеют длину не более 50 — 60 см для наиболее оптически однородных материалов . Оптическая неоднородность среды приводит к тому , что сверхпороговая инверсия создается не по всему сечению активного элемента , а в определенных узких каналах . Поэтому угол расхождения пучка генерируемого излучения , оценивае мый даже из дифракционных соображений , оказывается значительным . В твердо т ельных ОКГ угол расхождения измеряется десятками минут. В твердом теле взаимодействие между частицами суще ственно искажает структуру энергетических уровней . Как правило , энергетические уровни частиц твердого тела имеют большую ширину . Линии спонтанного из лучения (флюоресценции ) и генерации расплываются в широкие спектральные полосы . Для спонтанного излучения харак терна ширина полосы в несколько ангстрем (кристаллы ) или в несколько десятков ангстрем (стёкла ). Ширина линии генерации составляет в лучшем слу ч ае доли ангстрема. Способ создания инверсии в твердотельных ОКГ прин ципиально отличается от накачки в газовых и полупровод никовых ОКГ , он не может быть связан с прохождением электрического тока через твердый диэлектрик . Для твердо тельных ОКГ характерна так называемая оптическая накачка . При оптической накачке заселение возбужденных состояний достигается путем интенсивного облучения активного материала излучением внешнего источника . Спе циально подобранный спектральный состав этого излучения или определе н ное соотношение между вероятностями соот ветствующих переходов приводит к преимущественному заселению верхнего рабочего состояния и возникновению инверсии. Активный элемент рубинового ОКГ. Первым оптическим квантовым генератором был г ене ратор , в котором в качестве активного элемента исполь зовался искусственный кристалл рубина . Рубино вый ОКГ и в настоящее время является одним из наиболее распространенных. Промышленностью выпуска ются активные элементы из синтетического рубина , техни ческие требования и размеры которых установлены стан дартами : ОСТ 3-24 — 70 и ОСТ 3-25 — 70. В соответствии с этими стандартами рубиновые элементы могут иметь конфигурацию , представленную в табл . 1 . Обозначение рубино вого элемента состоит из указания типа (табл. 1.) и его размеров , например РЛ 1Б 10х 120. Выпускаются рубины диаметром от 3,5 до 16 мм и длиной от 45 до 240 мм с ориентацией оптической оси в пределах от 60 до 90°. Боковая поверхность обрабатывается одним из с ледующих способов : шлифовкой в пределах 5 — 10 клас сов чистоты , механической полировкой , при которой дости гается чистота поверхности не ниже 12-го класса , а также химической или шероховатой полировкой . Диаметр актив ного тела при механической полировке обр абатывается по скользящей посадке 4-го класса ; при всех других видах обработки обеспечивается скользящая посадка 5 класса точности . Непараллельность торцов у элементов типа Р , РЛ , РЛ 2Б не превышает 10". Активные тела из рубина нашли широкое применение в ла зерной технике благодаря тому , что рубин генерирует излучение в видимой области спектра , может работать при комнатной температуре , имеет высокую механическую прочность и порог разрушения . Однако кристаллы рубина обладают обычно значительной оптической нео д нородно стью . Источниками этой неоднородности являются дефекты кристаллической решетки (дислокации , блоки , плоскости скольжения , инородные включения , неравномерное распре деление ионов хрома в образце ). Наличие дефектов в кри сталлах вызывает появление в н их внутренних напряжений . Неравномерное распределение в объеме кристалла ионов трехвалентного хрома вызывает значительную неоднород ность показателя преломления и появление деформации решетки , что вызывает аномальное двулучепреломление . На угловую расходим ость и деформацию волнового фрон та наибольшее влияние оказывают механические напряже ния и неравномерность концентрации хрома по сечению . Существующая в настоящее время технология выращива ния рубинов не обеспечивает равномерное распределение хрома в попе речном сечении образца . Центральная часть образца имеет меньшую концентрацию хрома и , следова тельно , меньший , чем на периферии образца , коэффициент преломления п. Кроме того , может иметь место скачкообразное изме нение показателя преломления на границах н екоторых участков кристалла . В результате роста в кристалле воз никают и внутренние деформации . Все это приводит к то му , что образец со взаимно параллельными торцами в оп тическом отношении эквивалентен рассеивающей линзе . Плоская волна , проходя через ак т ивную среду , из-за ради ального изменения показателя преломления , вызываемого деформациями и неоднородностью концентраций хрома , в значительной степени искажается . Это приводит к повы шенной расходимости лазерного луча и неоднородному распределению энерги и в нем . В результате исследований показано , в частности , что внутренние механические деформации образца оказывают наиболее сильное влияние на угловую расходимость луча , распреде ление интенсивности излучения и селекцию мод . Распре деление и величина напря ж ений в кристаллах определяют ся измерением положений интерференционных полос в кар тинах двойного лучепреломления , которые определяются изменением оптической длины пути для обыкновенного и необыкновенного пучков зависимостью : где n о и n е – показатели преломления для обыкновенного и необыкновенного пучков ; l a – длина активного тела ; m и – порядок интерференции. Величина напряжения определяется следующей зави симостью : где В ф — постоянная фотоупругост и. Величины напряжений , получаемые при использовании усредненного значения постоянной фотоупругости Вф = 0,9*10 -7 см 2 / кг , равны : = 100 кг /см 2 для образцов низк ого качества . Параметры внутренних напряжений в рубиновых стержнях являются удовлетворительным кри терием при отборе образцов для одномодовой (ТЕМоо ) генерации . Образцы высокого качества ( <30 кг /см 2 ) обеспечивают генерацию од ной поперечной моды в доста точно широком диапазоне накачки. Величина механических напряжений в рубине зависит от плотности дислокации и их расположения в объеме . Дислокации и их скопления образовываются не только в процессе роста , но и при механической об работке кристал ла . Механические напряжения вызывают двойное луче преломление , и кристалл рубина становится двуосным . Неоднородность напряжений в кристалле вызывает допол нительное искажение сферической волновой поверхности. Количественный и качественный х арактер дефектов доста точно индивидуален и может заметно изменяться для разных образцов. Одним из факторов , ограничивающих энергетические параметры лазера , является стойкость рубина к воздей ствию мощного излучения , при определенных плотностях которого на чинается разруше ние торцов или объема ма териала . Под действием ла зерного излучения большой мощности в первую очередь разрушаются торцевые поверх ности рубина . Разрушение торцевых поверхностей можно объяснить на основе механизма теплового разрушения при поглощении света на локальных поверхностных дефектах , например , микротрещинах , границах между блоками и т . п . В результате поглощения света поверхностными дефектами происходит их быстрое нагревание до температуры , при которой имеют место необратимые измен е ния (оплавление , трещины и т.п .). Порог поверхностного разрушения рубина зависит от длительности светового импульса , от дефектов и структуры поверхности торца. Плотность пороговой мощности разрушения поверхно сти для рубино вых образцов с монокристаллической струк турой поверхности в несколько раз выше . чем для рубинов с аморфной структурой поверхности . Тщательно полиро ванная поверхность имеет более высокую поверхностную стойкость . В диапазоне коротких импульсов пороговая м ощность поверхностного разрушения P пор – пропорциональна 1 /t имп , где t имп – длительность импульса. График , представленный на рис. 1, показывает , что для длинных импульсов пороговая мощность не меняется и не зависит от t имп . В области длинных импульсов порог овая величина поверхностного разрушения составляет примерно 10 6 вт /см 2 . Для коротких импульсов длительностью около 50 нс эта величина будет примерно равна 280 МВт /см 2 . Объемная прочность рубина значительно выше поверх ностной и составляет величину 3 • 10 10 вт /см 2 . Работа рубинового ОКГ. Рубин — кристаллический минерал , имеющий окраску от бледно-розовой до ярко-красной ; структура рубина — кристаллическая решетка Al 2 O 3 с внедренными в нее трехзарядными ионами хрома . Содёржание хрома обычно колебле тся в пределах от 0,05 до 0,5%. Цвет кристалла определяется содержанием хрома — чем больше хрома , тем более красный оттенок имеет рубин. К кристаллам рубина , используемым в технике ОКГ , предъявляются очень жесткие требования по размерам и оптической однор одности , поэтому технология выращи вания кристаллов рубина для ОКГ претерпела существен ное совершенствование. В рубиновом ОКГ кристаллическая решетка Al 2 O 3 является матрицей , а ионы хрома — активатором . Элек тронная конфиг урация основного состояния трехзарядного иона хрома — 3d 3 . Вследствие взаимодействий между ионами кристаллической решетки основное состоя ние асщеплено на ряд уровней . Схема нижних энергети ческих уровней приведена на рис. 2. Два близко рас положенных уро вня 2- метастабильные долгоживущие состояния . Два широких уровня 3 соответствуют состояниям с малым временем жизни , причем наиболее вероятен спонтанный переход 3 2. Этот переход безызлучательный — избыток внутренней энергии ион а переходит в тепловую энергию кристаллической решетки. Инверсное заселение состояний происходит по трехуровневой схеме рис .3 и рис .4 . Излучение накачки поглоща ется в кри c талле на переходах 1 3. Спектр поглощения рубина соответствует раздвоенной структуре состояния 3. Он c одержит две широкие ( = 1000 А нгстрем ) полосы поглощен ия , максимумы которых приходятся на зеленую и фиолетовую области спектра . Спектр поглощения рубина представлен на рис. 5, где две зависимости соответствуют двум ориентациям падающего излучения относительно оптической оси кристалла. В результате поглощения излучения накачки ионы хрома переходят в одно из состояний 3. За счет спонтанного безызлучательного распада этих со стояний ионы оказываются в метастабильных состояниях 2. Поскольку в данном случае выполня ется условие 32 21 , населенность состояний 2 при соответствующей плотности накачки может превысить населенность невоз бужденного состояния и на переходах 2 1 возникает генерация. В рубиновом ОКГ генерация осуществляется на двух линиях (в соответствии с расщеплением состояния 2), которые обычно обозначают R1 и R2. Длина волны этих линий зависит от температуры кристалла , так как темпе ратур а изменяет характер внутрирешеточного расщепле ния основного ионного состояния . Зависимость длины волны генерации от температуры кристалла является специфической особенностью твердотельных ОКГ . Зна чения длины волны генерации на рубине при комнатной и азотной температурах приведены в табл. 2. Таблица 2. Генерация на рубине в настоящее время реализуется как в импульсном , так и в непрерывном режиме . Для импульсного режима характерны миллисекундные импуль сы генерации , в .этом с лучае используются импульсные ксеноновые лампы . Пороговая энергия накачки зависит при выбранной лампе от объема и температуры кристалла , а также от конструкции системы накачки . Используются кристаллы диаметром от 12 — 15 мм и длиной до 15 — 20 см. Обычно урове нь пороговой энергии для рубина составляет сотни джоулей . С ростом энергии накачки растет и энергия в импульсе лазерного излучения . Теоретическую зависи мость энергии генерации от энергии накачки можно пред ставить , используя проведенный выше анализ работ ы трех уровневой схемы . Энергия в импульсе лазерного излучения сначала возрастает линейно с ростом энергии накачки , а затем насыщается. На рис. 6 показаны экспериментальные точки этой зависимости и сплошной линией - теоретиче ская зависимость. Энергия генерации у наиболее мощных рубиновых ОКГ достигает десяти джоулей . Если учесть , что длительность импульса 10 мсек, то средняя мощность в импульсе генерации составит 1к Вт . Коэффициент полезного действия рубиновых ОКГ не превышает 1 %. В последнее время появились работы , в которых описывается генерация на рубине в непрерывном режиме. Для этого используются кристаллы относительно неболь шого размера и , как правило , система охлаждения . Поро говая мощность накачки даже для малых кристаллов достигает 1000 Вт . Эта величина существенно зависит от выбора лампы накачки и конструкции системы накач ки . Мощность , генерируемая рубиновым ОКГ в непре рывном режиме, — порядка сотни миллив атт. Для улучшения эффективности систем накачки в ряде случаев используются модифицированные конструкции активного элемента . Концентрация излучения в образце приводит к неполному использованию активной среды и к снижению эффективности системы накачки . Что бы устранить вредное влияние концентрации излучения накачки , стержень активного элемента рубинового ОКГ делают составным . Внутренняя часть стержня представляет собой рубин , а внешняя оболочка — сапфир , т . е . неактивированную решетку Al 2 O 3 . Сапфир обладает тем же показателем преломления , поэтому граница раздела рубин - сапфир не иска жает хода лучей. Тогда все лучи , падающие на поверхность образца , прой дут сквозь рубин. Вместо сапфировой оболочки для тех же целей могут-использоваться иммерсионные жидкости . В этом случае одновременно решается проблема охлаждения. Иммерсионная жидкость должна иметь показатель пре ломления , близкий к показателю преломления рубина (n = 1,76). В качестве иммерсионных жидкостей применяется раствор SnCl 2 *2H 2 O в глицерине ( n = 1,76) и вод ный раствор SnCl 2 *2H 2 O ( n = 1,6). Другое усовершенствование формы кристалла рубина используется при накачке в оптических и солнечных печах , когда излучение накачки удобнее вводить в кристалл через торцевую поверхность . В этом случае на входном торце наращивают сапфировый конус , как показано на рис. 7 . Это приводит к увеличению эффективности системы накачки. Осветители. В твёрдотельных ОКГ для получения инверсной населённости применя ется оптическая накачка с помощью импульсных ламп или ламп непрерывного горения . Для повышения эффективности накачки лампу и активное тело размещают в осветителе , представляющем собой , как правило , замкнутую оптическую систему , в которой излучаемая лампой световая энергия специальными отражателями направляется на активное тело . Концентрация световой энергии осветителем осуществляется далеко не идеально . Наряду с низкой эффективностью превращения электрической энергии в световую (35-50%) и неполным использ ованием поглощенной активным телом энергии (6-15%), потери в осветителе (30-70%) являются одним из основных факторов , определяющих к.п.д . твёрдотельных лазеров (0.1-5%). Выбор типа осветителя зависит от требований , предъявляемых к лазеру в каждом конкретно м случае . Например , в одномодовом генераторе , предъявляются повышенные требования к равномерности и симметрии в распределении энергии накачки по сечению активного тела . В других случаях основным требованием является максимальная эффективность светопередач и . В установках с большой выходной энергией используются многоламповые осветители , которые при сравнительно невысокой своей эффективности обеспечивают наибольшую величину светового потока . Некоторые наиболее употребимые типы осветителей представлены на рис. 8. Использованная литература : 1. Е.Ф.Ищенко , Ю.М.Климков . Оптические квантовые генераторы. М ., Советское радио , 1968. 2. Б.Р.Белостоцкий , Ю.В.Любавский , В.М.Овчин ников. Основы лазерной техники . М ., Советское радио ,1972.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
На новогоднем утреннике глава Центробанка встала на табуретку, чтобы рассказать стишок, и повесилась.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по радиоэлектронике "Рубиновый оптический квантовый генератор", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru