Полупроводниковые лазеры > Раздел для новичков
Как быстро включаются п/п лазеры?
diant:
Gall, вопрос.
Интересует, как быстро выходят на нормальный рабочий режим п/п лазеры? Можно ли от них ждать, что через 1 мкс или 1 нс после подачи Uпит они уже работают в штатном режиме?
Естественно вопрос разветвляется на две тропинки:
- чистые п/п лазерные диоды
- п/п лазеры DPSS (с нелинейным кристаллом)
Gall:
Смотря что считать "рабочим режимом".
Основная причина нестабильности всех непрерывных лазеров - банальный нагрев. Из-за теплового расширения слегка изменяется расстояние между зеркалами (или его квантовый аналог в лазерах с РОС), в результате чего плывет длина волны, а у некоторых лазеров (He-Ne) и поляризация тоже. На установление стабильного температурного режима в типичном лазере требуются секунды или минуты.
На более коротких временах есть и другие эффекты. Наносекундные времена - времена нестационарности самой лазерной генерации. Примерно такое время требуется на "разжигание" вынужденного излучения, если в лазере нет специальных элементов управления этим процессом (модуляторов добротности, иначе говоря). Микросекундные времена - времена, требующиеся для установления режимов работы цепей питания и ламп накачки, зарядку фильтрующих конденсаторов, выравнивание тока в дросселях, зажигание газовых разрядов (если есть).
Методы получения предсказуемых импульсов лазера разной длительности:
фс-пс: нелинейная оптика и синхронизация мод, управление интерференцией лазерных импульсов
нс: активная или пассивная модуляция добротности резонатора
мкс-мс: особый дизайн цепей питания
секунды, минуты: предварительный прогрев
часы, дни: активная или пассивная температурная стабилизация
нс-мс длинными (секунды-дни) сериями одинаковых импульсов: механическое прерывание луча непрерывного лазера
diant:
Галл, я конечно не вполне точно определил свой вопрос. Под рабочим режимом мне не нужна абсолютная стабилизация по всем параметрам. И мой вопрос ограничен только п/п лазерами - то есть либо чистые лазерные диоды, либо DPSS лазеры.
Что я имел в виду. Мне не нужна большая стабильность по мощности. То есть если лазер начал генерить и уже достиг скажем 90% той мощности, которая у него установится в статике - уже нормально.
Но мне нужно, чтобы он (п-п лазер) уже установился по длине волны (скорее длинам волн) и уже генерил, а не работал светодиодом.
Как я понял, тут можно побороться за мкс, если правильно подать питание? Помню как то давно я делал схему для ускоренного включения светодиодов, то же за счет хитрой подачи питания. В той схеме я использовал предварительный разогрев светодиода подпороговым током и буст-режим включения (с предварительно заряженными конденсаторами, которые давали резкий on-фронт с ощутиым но коротким over-voltage). Но там я уже боролся не за мкс, а за нс. Посмотрел свои осциллограммы и вижу, что тогда мне удалось пулять светодиодами с импульсами FWHM = 20 ns. То есть за это время светодиод успевал нормально зажечься и погаснуть. Но с п-п лазерным диодом такое уже не получится (на нс-шкале)?
Если я правильно понимаю, не получится по трем причинам: либо лазерный диод еще вообще не загорится, либо загорится как светодиод, но генерации еще не будет, либо если даже генерация успеет начаться, то длина волны будет еще в режиме "неустаканилась"?
Верно?
PS. Чтобы совсем было понятно, какой стабильности мне достаточно, просто опишу окружение.
Представьте себе, что в статичном режиме я настроил интерферометр Майкельсона на свой п-п лазер таким образом, что длина его плеч очень близка друг к другу. Ну если не до длины волны, то до нескольких длин волн. То есть кольца вижу очень широкие и центральная зона большая. Теперь я выключил лазер и хочу выстрелить им коротким импульсом, но так, чтобы интерференционная картина успела воспроизвестись. Мощность, как я уже сказал, тут сильно не важна. И даже некоторый небольшой сдвиг по длине волны не так страшен (как я понимаю, при близких плечах интерферометра он еще не испортит воспроизводимости интерференционной картины). Но будет совсем плохо, если при настройке в статике я вижу центральное пятно интерференционный картины светлым, а в импульсе - темным. Вот этого нужно избежать. Так вот мне хочется знать, через какое время после ПРАВИЛЬНОЙ подачи питания на п-п лазер я (точнее мой детектор) увидит интерференционную картину уже такой, какой она была при настройке в режиме статики?
Gall:
--- Цитата: diant от 05 Март 2014, 09:16:41 ---Но мне нужно, чтобы он (п-п лазер) уже установился по длине волны (скорее длинам волн) и уже генерил, а не работал светодиодом
--- Конец цитаты ---
Вот это и есть та самая стабильность, с которой самые большие проблемы.
Длина волны определяется расстоянием между зеркалами. А расстояние между зеркалами зависит от температуры. При работе лазер греется, расстояние между зеркалами растет. Пока лазер не перестанет греться (температура не установится), длина волны будет плыть.
--- Цитировать ---Но с п-п лазерным диодом такое уже не получится (на нс-шкале)?
--- Конец цитаты ---
И да и нет. Лазерная генерация начнется. Но она не успеет стабилизироваться.
Длины волн излучения, моды в лазере претерпевают что-то вроде "отбора по Дарвину". Сначала живут все, а потом постепенно более сильный съедает более слабых. Более сильная мода начинает отбирать на себя всю энергию, и более слабым не хватает. Но этот процесс требует времени (как раз наносекунды), поэтому в первый момент мода будет не одна.
--- Цитировать ---Если я правильно понимаю, не получится по трем причинам: либо лазерный диод еще вообще не загорится, либо загорится как светодиод, но генерации еще не будет, либо если даже генерация успеет начаться, то длина волны будет еще в режиме "неустаканилась"?
Верно?
--- Конец цитаты ---
Верно, и наиболее вероятно последнее. Будет как раз момент, когда несколько мод генерации конкурируют друг с другом за выживание. Собственно процесс генерации в лазере очень быстрый, поэтому вполне успеет и загореться, и загененировать (и вообще лазеры за наносекунды даже сгореть успевают при неправильном питании - выжечь собственный кристалл слишком ярким собственным излучением). Не загореться может только из-за медленного блока питания.
--- Цитировать ---Но будет совсем плохо, если при настройке в статике я вижу центральное пятно интерференционный картины светлым, а в импульсе - темным. Вот этого нужно избежать. Так вот мне хочется знать, через какое время после ПРАВИЛЬНОЙ подачи питания на п-п лазер я (точнее мой детектор) увидит интерференционную картину уже такой, какой она была при настройке в режиме статики?
--- Конец цитаты ---
Очень сильно зависит от типа лазера.
Самый простой рецепт для таких конструкций - держать лазер постоянно включенным, а импульс получать механическим затвором. Например, можно качающимся зеркальцем отклонять луч, и на какой-то короткий момент этот луч будет попадать во входную дырочку установки. Вполне можно сделать, чтобы это длилось наносекунды. Главный недостаток - плохой КПД: большая часть энергии лазера уходит в пустоту. Поэтому такой метод не годится, например, для целей голографии, когда за время импульса должна успеть проэкспонироваться фотопластинка, а для этого нужен очень яркий свет. Мощность лазера тогда должна составлять сотни мегаватт, и ясно, что ни о каком долговременном включении не может быть и речи.
Gall:
Еще добавлю: длина волны лазера, который работает всего 0.1 секунды, скорее всего будет отличаться от длины волны лазера, который работает 10 минут. Потому что в первом случае лазер еще холодный, а во втором - уже теплый. Это несмотря на то, что за 0.1 секунды любой "естественный отбор" уже успевает завершиться с гарантией.
Навигация
[0] Главная страница сообщений