Автор Тема: Генерирование второй гармоники в ламповом CW YAG лазере  (Прочитано 10709 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн V. Frankenstein

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 123
  • Репутация: +15/-1
В распоряжении есть ламповый лазер ЛТИ501 с квантроном к301А (возможна замена на к301В), есть нелинейные кристаллы -- ниобат лития без оправы, ниобат натрия-бария в подогреваемой оправе, КДП для генерирования 4ой гармоники. Последние откладываем сразу. Кроме того етсь масса совместимых с исходным лазером зеркал. Задача - получить мощный зелёный лазер. Начал эксперименты.

Из книг известно что в непрерывном режиме нелинейныый кристалл ставится внутрь резонатора если лазер непрерывный. Заменил в лазере родные зеркала (сферическое глухое и плоское выходное 23%) двумя глухими плоскими, тщательно все съюстировал.  Акустооптический затвор выкинул -- запускать его не от чего. В первом эксперименте поместил в резонатор кристалл ниобата лития -- удвоенная частота генерируется, но слабо. Кристалл разогревается поглощая излучение основной частоыт, входит в состояние фазового синхронизма, выплёвывает максмум мощи в пределах нескольких десятков милливат (хуже кетайской указки), разогреваясь дальше выходит из синхронизма и моща падает. FAIL.

Во втором эксперименте я взял кристалл ниобата натрия-бария, который вместе с подогреваемой оправой достал из труЪ непрерывного лазера ЛТН402 с удвоением частоты. который в свои лучшие времена давал 500 мВт зелени. Его я жёстко установил на столик от акустооптического затвора и поставил в резонатор. Наблюдаемая до этого линия из искрящихся пылинок вдоль пути луча, свидетельствующая о большой интенсивности излучения внутри резонатора исчезла -- генерация сорвалась. После тщательной юстировки я на выходе лазера увидел слабенькое зелёное пятно, интенсивность которого не менялась. Кроме того интенсивность основного излучения в резонаторе была смехотворно мала -- пылинки уже не горели вдоль "трассы" луча. С чем может быть это связанно? Кристалл не вносит потерь в резонатор для основного излучения. О кристалле известно то, что он очень слабо поглощает излучение основной частоты. Следовательно не происходит саморазогрева. Подал регулируемое напряжение на подогреватель удалось более-менее управляемым образом найти темепературу фазового синхронизма, когда мощность удвоенной частоты максимальна. Она составила примерно такую же величину как и в первом эксперименте -- не больше нескольких десятков милливат. Попытка внести в резонатор линзу чтобы сфокусировать в кристалле излучение привела к срыву генерации. Снова FAIL. Кроме того в обоих экспериментах излучение 532 нм выходит с обоих концов лазера, циркулируя через квантрон. Может ли это влиять на процесс генерации?

Что можно сделать для улучшения эффективности преобразования? Мне на ум приходит пока только одно решение -- вместо к301А поставить к301В (который не на 20 а на 130 Вт) и диафрагму для выделения нулевой моды излучения. В ЛТН401 и 402 применён вообще ломанный в Z-схему резонатор, квантрон которой стоит в диагонали. Но так ли это надо?

пара фоток предметов эксперимента.
Собственно, лазер

Кристалл ниобата натрия-бария в оправе.



Генерация зелени с использованием ниобата лития (ранние эксперименты)



Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
С кристаллом что-то не то. Сориентирован неправильно? Поляризация? "На дурачка" можно внести в резонатор стеклышко под углом Брюстера, чтобы сделать поляризацию определенной. Во всяких кривых-косых-кольцевых резонаторах поляризация задается естественными причинами.
« Последнее редактирование: 25 Июль 2015, 18:35:47 от Gall »

Оффлайн V. Frankenstein

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 123
  • Репутация: +15/-1
Кристалл стоит в том пространственном положении в котором он был установлен в ЛТН-402.  Со стеклышком попробую. При разъюстировке кристалла -- пятно излучения расщепляется на много маленьких стоящих в линию и мощность естественно падает. Вот пара фоток со свежих экспериментов, хотя я не уверен в их информативности.
ila_renderedila_renderedila_renderedila_rendered

Оффлайн V. Frankenstein

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 123
  • Репутация: +15/-1
Поставил квантрон К301В -- с ним кристалл в оправе напрочь отказывается работать. Срывает генерацию в резонаторе и все.  Крситалл ниобата лития работает и относительно неплохо, однако быстро разогревается излучением и выходит из синхронизма. Нужна термостабилизация.

Оффлайн avrerum

  • Старожил
  • ****
  • Сообщений: 325
  • Репутация: +13/-0
а атм нет пельте???? и еще попробуй покрутить кристалл вокруг оси... поверь мне...

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
По симптомам - поляризация 1064 не подходит к ориентации кристалла. Крутить надо. И надеяться, что поляризация линейная. Преобразование гармоник на случайно поляризованном луче не работает.

Оффлайн V. Frankenstein

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 123
  • Репутация: +15/-1
А что тогда задает поляризацию излучения в оптической схеме ЛТИ701, которая делалалсь на базе ЛТИ502? Квантрон тут стоит к301Б (40 Вт), нелинейный кристалл -- иодат лития размером 10*10*10 мм без термостабилизации. Оба зеркала с торцов излучателя -- глухие, элемент перед нелинейным кристаллом -- фильтр отражающий 532 и пропускающий 1064.
ila_rendered
Вот ещё оптические схемы ЛТН401 и 402, где нет акустооптического затвора но есть фокусировка  луча в кристалле. Каким образом задается поляризация излучения? отражение луча от "поворотного" зеркала под углом Брюстера?
ila_rendered
Ещё почему-то с выходным вогнутым зеркалом резонатора к301В генерить отказался, а к301А генерил неустойчиво -- пятно генерации попросту мигало непредсказуемо. Скорее всего дело в неверной длине резонатора. Ставил вогнутое зеркало для того чтобы в его фокусе поставить нелинейный кристалл, тем самым повысив в нем плотность мощности.


Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Для задания поляризации достаточно, чтобы усиление на разных поляризациях отличалось на пару процентов. Тогда более сильная мода затянет на себя всю генерацию.

Во всех лазерах с косыми отражениями поляризация однозначно определяется зеркалами. Они диэлектрические и, хоть стоят и не под углом Брюстера, все равно коэффициент отражения на разных поляризациях чуть-чуть разный.

В ЛТИ-701 поляризацию задавал, вероятно, затвор. Он акустоптический, а значит, в нем кристалл под косым углом.

Я потому и говорил про косое стеклышко. В резонаторе лазера достаточно любого асимметричного элемента, чтобы затянуть на себя поляризацию. Луч проходит через резонатор много раз, и малейшая разница в усилении сразу задает моду. Есть, правда, обратный эффект - выжигание "дырок", но он обычно достаточно слаб и не мешает. Достаточно может быть даже сместить АЭ, чтобы он шел под небольшим углом, и компенсировать это юстировкой зеркал. У некоторых АЭ торцы косые.

Проблема центрально-симметричных конструкций как раз в том, что в них поляризация всегда случайна. И вот тут нелинейный кристалл играет коварную роль: он сжирает "правильную" поляризацию, тем самым способствует генерации на "неправильной" моде! Если нет других поляризующих элементов, то эту роль сыграет кристалл - и сыграет не в ту сторону. У вас, я так понимаю, именно это и происходит: начинается генерация гармоники, резонатор разгружается, паразитная мода разгрузки не претерпевает и усиливается, забирая на себя всю энергию накачки. Упс.

Оффлайн V. Frankenstein

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 123
  • Репутация: +15/-1
Спасибо за развернутый ответ, буду экспериментировать дальше.

Оффлайн V. Frankenstein

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 123
  • Репутация: +15/-1
Удалось хорошо настроить лазер с к301В и получить порядка 60 Вт выходной мощности при пропускании выходного зеркала 23%. Наигравшись с прожиганием консервных банок, заглушил резонатор.  Кристалл ниобата лития хорошо и ярко генерит 532 нм, похоже он является перспективным вариантом для экспериментов. Однако перегревается и выпадает из синхронизма за несколько секунд. Как правильно организовать крепление и охлаждение кристалла? Как сделать термостабилизацию?

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Сделать фрезерованное крепление из любого подходящего металла, дальше уже смотреть. В лучшем случае просто охлаждать водой, в худшем сажать на Пельтье.

Оффлайн okulyar

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 6
  • Репутация: +2/-0
Всех приветствую. По поводу ГВГ могу посоветовать следующее:
1. Как предлагал Gall корпус сделать для элемента (алюминий или медь) и ОБЯЗАТЕЛЬНО водой охлаждать.
2. По возможности сделать небольшой термостат (с электронным управлением).

Понимаю - написать то легко, а сделать это дело другое.

И пару вопросов:
1. Почему сильно греется - поглощение у ниобата на 1064 нм небольшое. Греться он естественно будет, но должен не очень сильно. Боковые грани отполированы или зашлифованы? Сам кристалл в оправе или нет?
2. Какая апертура пучка?
Истина где-то рядом

Оффлайн V. Frankenstein

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 123
  • Репутация: +15/-1
Боковые грани кристалла просто шлифованы до матовой поверхности.  Не сказать что он сильно греется, но саморазогрев его достаточен чтобы проскочить температуру синхронизма. Оправы у кристалла как таковой нет -- он просто закреплён на алюминиевой пластине временно. Пучок на входе кристалла круглый, диаметром около 6 мм (без диафрагмы в резонаторе) или 3.2 мм (с диафрагмой, для выделения моды ТЕМ00). В дальнейшем собираюсь установить его в нормальную оправу, охлаждать её с помощью пельтьешки, а горячую сторону пельтьешки посадить на водоблок, охлаждаемый водой, отбираемой из охлаждения квантрона.

Кроме того, пробовал вносить в резонатор стеклянную пластинку, которую крутил под разными углами. В определённом положении это давало эффект -- пучок зелени приборетал более правильную форму по сечению и становился тонким как у указки. Был ещё эффект увеличения мощности генерации, но держа пластинку руками добиться устойчивой его повторяемости не выходит.  С платсинками разной толщины получалось по-разному. Эта пластинка случайно помимо прочего не должна быть полу- или четвертьволновой?

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Пластинка подразумевается НЕ двупреломляющая, т.е. никак не меняющая поляризацию. Я предложил стеклянную пластинку под углом Брюстера просто как дешевый и надежный способ частично поляризовать луч для селекции мод. Лазеру много не надо, пары процентов разницы в добротности резонатора на разных модах достаточно, чтобы произошла селекция. Плоскопараллельная пластинка может, помимо всего прочего, сработать как эталон Фабри-Перо.

Оффлайн V. Frankenstein

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 123
  • Репутация: +15/-1
Так она и не была двулучепреломляющей -- взял первый попавшийся плоский кусок стекла.

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Не кварц ли? Кстати, у большинства прозрачных пластмасс двупреломление просто дикое. Попробуйте засунуть полиэтиленовый пакет между скрещенными поляроидами - увидите.

Оффлайн V. Frankenstein

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 123
  • Репутация: +15/-1
Вроде бы не кварц. Вообще говоря помимо прочего я заметил ещё одно интересное явление. Кристалл закреплён не слишком жёстко. Так вот. Включаю лазер, устанавливается некий стационарный режим генерации, подъюстировкой резонатора и кристалла добиваюсь максимальной мощности излучения. Однако, если хотя бы легко пальцем постукивать по столику на котором установлен кристалл, или если лупить кулаком по корпусу лазера -- то в эти моменты возникают резкие вспышки излучения, яркость субъективно больше раз в 5 чем в спокойном режиме, когда лазер никто не избивает))). Логично что при таком обращении возникает вибрация кристалла. Однако если просто пробовать аккуратно его шевелить -- резкого и очень острого максимума мощности не находится. Да и любопытный тихий треск в квантроне возникающий в такт вибрации кристалла заставляет задуматься.

У меня возникло предположение -- не может ли это быть крайне похабная механическая модуляция добротности? Смещаясь, нелинейный кристалл вносит дополнительные потери в резонатор, АЭ перекачивается, а когда кристалл становится на место то  генерируется избыток мощности?  В таком условно говоря "нестационарном режиме" избиения лазера удавалось получить мощность зелени достаточную чтобы пошёл дым с черной резины... Ну... Милливатт 50, наверное.

Надо прилепить к крепежу нелинейного кристалла вибрик от телефона... Или забить на все и поставить акустоптический затвор, но вот драйвера нет к нему(((

На фотке видно как и к чему крепится удвоитель. Используется ниобат лития. Помимо прочего видно, что интенсивность зелёного луча внутри резонатора сильно больше чем на выходе. Похоже стандартное глухое зеркало на 1064 слишком сильно поглощает или отражает 532.
ila_rendered



Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Оп. Еще как может. Зеркала какие, конфокальный резонатор? Тогда понятно, почему с прогревом выходит из режима - геометрия меняется от теплового расширения.

Оффлайн V. Frankenstein

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 123
  • Репутация: +15/-1
Резонатор плоскопараллельный -- на плоских глухих зеркалах.

Оффлайн avrerum

  • Старожил
  • ****
  • Сообщений: 325
  • Репутация: +13/-0
Поставь вместо одного плоского-вогнутое с перетяжкой в нелинейном кристалле!!!

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Резонатор плоскопараллельный -- на плоских глухих зеркалах.
Про такой я бы вообще сказал, что работать не будет. Плоскопараллельный резонатор очень капризен и неустойчив. Луч надо фокусировать - либо хотя бы одно из зеркал делают вогнутым, либо добавляют в резонатор линзы. Перетяжка луча (фокус) может быть в принципе в любом месте, но обязательно знать, где она будет.

Варианты по перетяжке:
1) Загнать ее в нелинейный кристалл, чтобы улучшить преобразование.
2) Загнать ее в АЭ, чтобы улучшить генерацию. (Нет смысла).
3) Сделать ее в воздухе между элементами, чтобы снизить нагрузку на оптику и вероятность пробоя. (Вроде тоже нет смысла).

Оффлайн V. Frankenstein

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 123
  • Репутация: +15/-1
А в чем заключается его нестабильность? Лучшие результаты у меня получились как раз на плоском резонаторе. Помимо прочего сделал простейший пельтье-измеритель мощности для относительных измерений и продолжил эксперименты. Одну сторону пельтьехи закрасил маркером и подключил его к тестеру. Усреднение по нескольким измерением показало, что китайуказка тылазер303 показывает 10-11 попугаев, лазер с к301в и удвоением -- 11-12 попугаев. Не густо. Сейчас думаю, или воспроизводить схему кривого резонатора на вогнутых зеркалах или делать драйвер к акустооптическому затвору. Что одно что другое -- геморрой.

Применение вогнутого зеркала от ЛТНа (фокусное расстояние порядка 120 мм) и установки перетяжки в кристалле генерация была неустойчивой, поймать её, а особенно найти максимум мощности было крайне сложно. Саморазогрев кристалла от излучения отсутствовал.  Поворот кристалла вокруг оси тоже ни на что не влияет.

Ещё смотрел через камеру телефона на оптические элементы в лазере. Нелинейный кристалл здорово рассеивает излучение основной частоты во все стороны...

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
А в чем заключается его нестабильность? Лучшие результаты у меня получились как раз на плоском резонаторе.
Значит, неплоские зеркала были уж совсем неподходящими.

Нестабильность чисто геометрическая. Пусть фотон летит не строго по оси, а слегка под углом, или пусть зеркала находятся слегка непараллельно. Тогда видно, что фотон после многократных отражений уйдет в сторону, но, в отличие от фотонов, которые изначально летели вбок, этот успеет усилиться и прихватить с собой часть энергии. Луч такого лазера сильно расходящийся, потери большие, модовый состав малопредсказуем.

Поэтому в современных лазерах резонаторы делают чаще всего не плоскими, а, например, конфокальными, со слегка вогнутыми зеркалами. Это способствует удержанию фотонов в резонаторе. Разместив нелинейный кристалл в фокусе зеркал, можно улучшить преобразование.

Цитировать
Применение вогнутого зеркала от ЛТНа (фокусное расстояние порядка 120 мм) и установки перетяжки в кристалле генерация была неустойчивой, поймать её, а особенно найти максимум мощности было крайне сложно. Саморазогрев кристалла от излучения отсутствовал.  Поворот кристалла вокруг оси тоже ни на что не влияет.

Может положение перетяжки неверно посчитали? Геометрическая оптика в лазерах работает только очень приблизительно, ошибиться можно сильно. Надо считать по формулам гауссовых пучков.

Оффлайн V. Frankenstein

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 123
  • Репутация: +15/-1
Есть возможность поставить 2 квантрона к301В в один резонатор с целью получения 250 Вт выходной мощности. Каким должно быть пропускание выходного зеркала при этом? С зеркалом на 23% пропускания и дним квантроном больше 50-60 Вт не выжималось, при дальнейшем увеличении мощности накачки мощность падала до срыва генерации.

Оффлайн avrerum

  • Старожил
  • ****
  • Сообщений: 325
  • Репутация: +13/-0
нуна что-б перетяжка была в центре кристалла хлопчики а иначе таки да не будет мощи полноценной ;)

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
В непрерывном режиме квантроны? Так тогда оба зеркала 100% и нелинейный кристалл внутрь резонатора. В такой геометрии можно очень просто сделать: все симметрично, кристалл посередине. Тогда и перетяжка в силу симметрии точно в кристалле будет, можно даже не считать.

Оффлайн V. Frankenstein

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 123
  • Репутация: +15/-1
Спс. Тогда придется искать 100% отражающие вогнутые зеркала на 1064нм с одинаковым фокусным расстоянием порядка полметра, так как общая длина резонатора -- метр... И где б их нарыть...

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
У китайцев нет? Просто два одинаковых зеркала найти вроде нетрудно. А радиус кривизны в такой конфигурации не очень важен, перетяжка все равно в середине получится.

Оффлайн V. Frankenstein

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 123
  • Репутация: +15/-1
Нашлись... Даже с нужным фокусным расстоянием полметра. Правда цена диковатая, 36 баксов за штучку, совсем не китайская)

Оффлайн V. Frankenstein

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 123
  • Репутация: +15/-1
Решил вернуться снова к экспериментам с твердотельным лазером и попыткам заставить его работать в штатном импульсном режиме. Итак, вводные: все тот же г-ОИ-8, с квантроном К301А, с штатными зеркалами резонатора (выпуклое глухое с R=40 см и выходное 16% пропускания), акустооптический затвор МЗ-305. Система охлаждения штатная УО-1. Источник питания новый самодельный, обеспечивает ток накачки до 40А с пульсациями напряжения на лампе не более 0.5В. Источник питания затвора тоже самодельный, делался на основе схем спиковского ИПАОЗ, обеспечивает питания затвора ВЧ-напряжением с частотой 50 МГц и импульсной модуляцией. Частота повторения импульсов регулируется в пределах от 2 до 12 кГц, длительность 5 мкс по основанию . (в инструкции от СПИКа указываются пределы длительности от 5 до 10 мкс)

Теперь о проблемах: мощность как ни крути сильно ниже паспортной, даже с выключенным затвором (режим свободной генерации). Порог генерации почему-то слишком высок, порядка 30А. Одномод с помощью диафрагмы получить практически невозможно -- мощность или очень мала (видно лишь по визуализатору и едва жжёт черную бумагу) или же генерация вообще срывается. А должно быть 8 Вт на ТЕМ00 по паспорту. При включении затвора с вынутой диафрагмой лазер таки переходит в импульсный режим и выдает несколько ватт мощи, но при этом мощность сильно гуляет в обе стороны в масштабе времени в десятки секунд. Это хорошо видно по осциллографу, когда наблюдаю импульсы с фотоэлемента -- амплитуда все время гуляет вверх-вниз. Что ещё характерно -- при увеличении частоты повторения импульсов средняя мощность падает, вместо того, чтобы увеличиваться а потом входить в насыщение.

Менял несколько квантронов (с другими квантронами всё ещё хуже), перенастраивал несколько раз резонатор, температура воды не поднимается выше 20-25 градусов, но всё бестолку. Лазер не выдает паспортные параметры. Что-то я явно упускаю, но непонятно что. Есть ли какие-то соображения на этот счет?

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
На потери в резонаторе похоже, порог генерации сильно выше расчетного. Или что-то где-то грязное, или какая-то незамеченная разъюстировка.

Оффлайн V. Frankenstein

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 123
  • Репутация: +15/-1
Поставил заведомо новый квантрон. С ним все стало хорошо, мощность отличная, модуляция добротности работает, порог генерации без диафрагмы 22А, хорошо работает с диафрагмой 1.8 мм на не самом большом токе накачки. Теперь надо снова как-то заставить его генерить 532 нм. Пока получается плохо, даже при термостатировании кристалла не удается "прыгнуть" выше 100-150 мВт.

 



SimplePortal 2.3.3 © 2008-2010, SimplePortal