Численное моделирование параметров оптических резонаторов двухволновых лазеров.

ВВЕДЕНИЕ 5
1 ОПТИЧЕСКИЙ КВАНТОВЫЙ РЕЗОНАТОР 7
2УСТОЙЧИВЫЕ И НЕУСТОЙЧИВЫЕ РЕЗОНАТОРЫ 15
3 МОДЫ ОПТИЧЕСКОГО РЕЗОНАТОРА 20
4 ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 22
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 32
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 33
ПРИЛОЖЕНИЕ А 34

Весь текст будет доступен после покупки

Численное моделирование пространственного распределения электромагнитных волн в заданных конфигурациях оптических резонаторов с учетом оптимизации модуляции добротности и нелинейного преобразования для двухволновых лазеров на длине волны 1,064 нм остается актуальной в настоящее время. Развитие в технологии изготовления активных сред для улучшения теплофизических и механических их свойств, а также создание новых кристаллов с нелинейно-оптическими свойствами, требует модернизации вычислительных сред для инженерного проектирования и оптимизации параметров оптических генераторов. Учитывая развитие микропроцессорной техники и вычислительных мощностей современной электронной аппаратуры, с разработанным программным обеспечением для методов численного моделирования сложных и многодиапазонных дискретных систем,можно констатировать, что значительно сократилось вычислительное время таких вычислений.
При создании источников когерентного излучения необходимо исследовать параметры оптического резонатора в диапазоне от 300 до 6000 нм. Наиболее проработанным численным методом для оптического диапазона является теория Фокса-Ли, которая позволяет многократными простыми вычислительными операциями достаточно точно смоделировать пространсвенное распределение, это метод относится к «группе» -«brutalforce».

Весь текст будет доступен после покупки

1 ОПТИЧЕСКИЙ КВАНТОВЫЙ РЕЗОНАТОР

Лазер состоит из трех основных частей: активная среда, устройство накачки и оптический резонатор. Иногда добавляют и устройство термостабилизации.

Рисунок 1 - Блок-схема лазера

Активная среда.
Рабочей средой лазера для создания двухволновых лазеров типично выступает твердое тело (кристалл, стекло, керамика). В обычном состоянии число атомов, находящихся на возбуждённых энергетических уровнях, определяется распределением Больцмана: [2]

N=N_0 exp((-E)/kT) ,(1)

гдеN - число атомов, находящихся в возбуждённом состоянии с энергией E;
N0 - число атомов, находящихся в основном состоянии;
k - постоянная Больцмана;
T - температурасреды.
Иными словами, таких атомов, находящихся в возбужденном состоянии меньше, чем в основном, поэтому вероятность того, чтофотон, распространяясь по среде, вызовет вынужденное излучение также мала по сравнению с вероятностью его поглощения. Поэтомуэлектромагнитная волна, проходя по веществу, расходует свою энергию на возбуждение атомов.Интенсивностьизлучения при этом падает позакону Бугера:[3]

I_l=I_0 exp?(-a_1 l) , (2)

где I0 - начальная интенсивность;
Il - интенсивность излучения, прошедшего расстояние l в веществе;
a1 - показатель поглощениявещества.

Поскольку зависимостьэкспоненциальная, то при увеличении интенсивности излучения, показатель поглощения также будет расти. В том случае, когда число возбуждённых атомов больше, чем невозбуждённых (то есть в состоянии инверсии населённостей), ситуация прямо противоположна. Интенсивность вынужденного излучения преобладает над поглощением, и излучение усиливается по закону:

I_l=I_0 exp?(a_2 l) ,(3)

где a2 - коэффициент квантового усиления.
В реальных лазерах усиление происходит до тех пор, пока величина поступающей за счёт вынужденного излучения энергии не станет равной величине энергии, теряемой в резонаторе. Эти потери связаны с насыщениеметастабильного уровня рабочего вещества, после чего энергия накачки идёт только на его разогрев, а также с наличием множества других факторов (рассеяние на неоднородностях среды, поглощениепримесями, неидеальность отражающих зеркал, полезное и нежелательное излучение в окружающую среду и прочее).

Весь текст будет доступен после покупки

1)Теория Фокса и Ли [Электронный ресурс].
URL: https://studbooks.net/1924985/matematika_himiya_fizika/teoriya_foksa (дата обращения: 19.05.2019)
2)Устройство лазера [Электронный ресурс].
URL: https://studfiles.net/preview/4614799/page:3/(дата обращения: 12.05.2019)
3) Физика: Механика. Механические колебания и волны. Молекулярная физика. Термоденамика [Электронный ресурс].
URL:https://studref.com/375051/matematika_himiya_fizik/barometricheskaya_ formula(дата обращения: 10.05.2019)
4) Электронная библиотека - Квантовые генераторы и усилители - (Рус.). - URL: http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_colier/6609(дата обращения: 16.05.2019)
5) Менушенков А. П. Физические основы лазерной технологии / А. П. Менушенков, В. Н. Неволин, В. Н. Петровский. - М.: Лань - 2010. - С. 116-117.

Весь текст будет доступен после покупки