Твердотельные лазеры > Лазеры с накачкой лампами
Минимальная энергия накачки лазера на неодиме.
Gall:
На коэффициент допирования домножить не забыли? Как число атомов на единицу объема считаете?
ngl:
Число атомов я на единицу объема я беру, из данных производителя стекла.
Вот тут, например: http://lzos.ru/content/view/16/35/ (концентрация неодима (1020ион см-3)).
Gall:
Посмотрел еще раз на формулу. В целом вижу, в чем проблема. Не та формула немного.
Если считать энергию атома * количество атомов * КПД, то это будет не пороговая энергия накачки, а наоборот, предельная, после которой дальнейшее повышение энергии бесполезно (накачано 100% атомов). Для пороговой энергии надо это домножить на еще один коэффициент, а именно, на наименьшее количество атомов, которые необходимо накачать для начала генерации!
Как этот коэффициент считать: надо взять сечение взаимодействия фотона с атомом и из нее посчитать вероятность усиления фотона при прохождении через кристалл с N накачанными атомами. Затем посчитать вероятность потери фотона в зеркалах или выхода его из резонатора. Генерация возникает тогда, когда фотонов рождается больше, чем теряется, а порог генерации - это когда усиление равно потерям. Отсюда считается необходимый процент накачанных атомов.
ngl:
Gall, а разве для генерации, как минимум, не требуется инверсия населенностей?
То есть хотя бы половина атомов должна оказаться в возбужденном состоянии?
Я это учел, поделив количество атомов на 2.
Я тут нашел описание модели потерь в книге Звелто и посчитал КПД накачки как там предлагается.
И у меня тоже что-то не сходится, сейчас напишу поподробнее.
ngl:
Чтобы было понятнее, я покажу в цифрах как я считал энергию.
e = f*h = (3e8 / 1064e-9) * 6.6e-34 = 1.860902255639E-19 (энергия перехода на излучающий уровень.)
d = 1.9e20 (Nd3+/см3 стекла, данные производителя для стекла ГЛС-1)
V = (3.14 * 1.2^2 / 4)*26 = 29.3904 (объем стержня 12 x 260, см3)
Тогда минимальная, приводящая к инверсии населенности, поглощенная и вся потраченная на заселение лазерного уровня энергия будет равна:
E1 = (e*d*V/2) = 1.86e-19 * 1.9e20 * 29.4 / 2 = 519.498 Дж
Но есть много различных потерь.
Единственное, что я пока нашел по этому поводу в литературе это приведенные для примера цифры в книге Звелто.
Там (на стр. 243-244) он описывает такую модель потерь (наверное она стандартная, и вам известная, но для упрощения разговора, я ее тут процитирую):
n = Nr * Nt * Na * Npq, где
n - КПД накачки.
Nr - эффективность преобразования электрической энергии питания лампы в световую в спектральном диапазоне,
соответствующем полосам накачки активной среды (излучательная эффективность, англ. radiative efficiency);
Nt - отношение мощности (или энергии) света, фактически входящего в активную среду, к мощности (или энергии),
излучаемой лампой в нужном спектральном диапазоне (эффективность передачи, англ. transfer efficiency);
Na - доля попадающего в среду света, которая действительно поглощается в ней (эффективность по поглощению, англ. absorption efficiency);
Npq - характеризует долю поглощенной мощности (или энергии), которая приводит к заселению верхнего лазерного уровня
(квантовый выход по мощности или по энергии, англ. power, или energy, quantum efficiency).
Ниже, рассматривая пример, Звелто приводит некоторые типичные значения этих коэффициентов.
Для стекла:
Nr = 0.43
Nt = 0.82
Na = 0.28
Npq = 0.59
Тогда получается, что n = 0.05824952 и, следовательно (?) электрическая энергия накачки получается равной E = E1 / n = 519 / 0.058 = 8948 Дж.
Что, как мне кажется, неправдоподобно много.
Наверное я что-то неправильно понимаю?
И еще, в этой модели мне не очень понятен смысл Na. Вроде бы свет прошедший через АЭ насквозь, должен либо поглощаться отражателем, либо возвращаться в АЭ.
И тогда эти потери должны входить в Nt?
Смысл Npq мне тоже не ясен. На что еще может тратиться поглощенная энергия?
Извините за такой длинный текст, я подумал, что так в результате получится короче)
Заранее благодарен за ответ)
Навигация
[0] Главная страница сообщений