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
Мама - сыну:
- И не надоело тебе целый день штаны перед компьютером протирать? Сходил бы на улицу, наловил бы покемонов...
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 - 2017
Рейтинг@Mail.ru