Источники оптической накачки

Накачка – процесс возбуждения активной среды квантовых усилителей и генераторов. В результате накачки нарушается равновесное распределение микрочастиц (электронов, ионов, атомов, молекул) по уровням их энергии.

Посредством накачки среда переводится их состояния теплового равновесия, когда она поглощает излучение, в активное состояние, характеризующееся инверсной населенностью, когда она может генерировать электромагнитное излучение. Нарушение устойчивого термодинамического состояния всегда сопряжено с энергетическими затратами, поэтому для осуществления накачки требуются соответствующие источники энергии.

Оптическая накачка – метод накачки активной среды лазеров с помощью внешнего источника оптического излучения.

Преимущества оптической накачки:

универсальность – применимы для всех видов активных сред;

спектральная избирательность;

возможность возбуждения высококонцентрированных сред (твердые, жидкие).

Недостаткиоптической накачки:

низкая эффективность (общий к.п.д. 1-10 %);

малая долговечность источников накачки.

Основные требования к источникам оптической накачки

Основными требованиями к источникам оптической накачки являются:

- совпадение спектров излучения и поглощения;

- максимальная светоотдача (максимальный КПД.);

- высокая надежность;

- минимальные габариты, вес и стоимость.

В качестве генераторов оптической накачки твердотельных лазеров используют высокоэффективные источники света:

- электрические лампы;

- пиротехнические лампы;

- дополнительные лазеры.

Пиротехнические лампы не получили широкого распространения из-за сложностей в эксплуатации.

Очень эффективна оптическая накачка с помощью другого лазера, так как возможно хорошее согласование полос излучения или поглощения излучения обоих лазеров. Поскольку лазерные источники отличаются высокой яркостью и монохроматичностью, эффективность такой накачки очень высока, если сравнивать энергетические характеристики обоих излучений.

С другой стороны низкий КПД лазеров накачки резко снижает общий КПД системы и такая накачка не нашла широкого применения из-за низких энергетических параметров системы в целом.

Наибольшее распространение получили электрические лампы. Из электрических ламп в качестве источников накачки твердотельного лазера используются галогенные лампы и некоторые типы газоразрядных ламп.

Галогенные лампы

Галогенные лампы – обычные лампы накаливания у которых с целью увеличения долговечности используется галогенный цикл…….

температурой колбы лампы, которая необходима для реализации йодного цикла, вместо йода стали вводить бром (Br).Галогенный цикл у ламп этой серии проходит при . Однако ввиду высокой химической активности паров брома колбы таких ламп по-прежнему изготавливаются их плавленого кварца. Срок службы после этого возрастает до 2-3 тысяч часов.

Основным недостатком лампы накаливания как источника оптической накачки, является сравнительно низкая цветовая температура ( ~ 3000-3400 К). Последнее обусловлено температурой плавления вольфрама.

Цветовая температура- такая температура абсолютно черного тела, при которой относительные распределения спектральной плотности яркости этого тела и рассматриваемого максимально близки в видимой области спектра. Приемлемую эффективность накачки этот тип ламп обеспечивает лишь для лазеров И.К. диапазона.

Второй существенный недостаток – сравнительно малая мощность: при диаметре биспирали 5 мм на каждый кВт потребляемой мощности требуется 25 мм длины вдоль оси лампы (трубчатой). Форма колбы у таких ламп трубчатая и шаровая. Поэтому, несмотря на свою дешевизну и отсутствие принудительного охлаждения эти лампы применяются все в меньшей степени.