La autopulsación es un fenómeno transitorio en los láseres de onda continua . La autopulsación tiene lugar al comienzo de la acción del láser . Cuando se enciende la bomba, la ganancia en el medio activo aumenta y excede el valor de estado estable. El número de fotones en la cavidad aumenta, agotando la ganancia por debajo del valor de estado estable, y así sucesivamente. El láser pulsa; la potencia de salida en los picos puede ser órdenes de magnitud mayor que entre pulsos. Después de varios picos fuertes, la amplitud de la pulsación se reduce y el sistema se comporta como un oscilador lineal con amortiguación. Entonces la pulsación decae; este es el comienzo de la operación de onda continua .
Ecuaciones
El modelo simple de autopulsación se ocupa del número de fotones en la cavidad láser y el número de excitaciones en el medio de ganancia . La evolución se puede describir con ecuaciones:
dónde es constante de acoplamiento,
es la tasa de relajación de los fotones en la cavidad del láser ,
es la tasa de relajación de la excitación del medio de ganancia ,
es la tasa de bombeo ;
es el tiempo de ida y vuelta de la luz en el resonador láser ,
es el área de la región bombeada ( se supone una buena coincidencia de modo );
es la sección de emisión a la frecuencia de la señal .
es el coeficiente de transmisión del acoplador de salida .
es la vida útil de la excitación del medio de ganancia .
es la potencia de la bomba absorbida en el medio de ganancia (que se supone constante).
Estas ecuaciones aparecen de forma similar (con varias notaciones para las variables) en los libros de texto sobre física láser , por ejemplo, la monografía de A. Siegman. [1]
Solución de estado estacionario
Pulsación débil
La disminución de la pulsación pequeña se produce con la frecuencia.
dónde
Prácticamente, esta tasa puede ser órdenes de magnitud menor que la tasa de repetición de los pulsos. En este caso, la disminución de la autopulsación en un láser real está determinada por otros procesos físicos, no tomados en cuenta con las ecuaciones iniciales anteriores.
Pulsación fuerte
El régimen transitorio puede ser importante para los láseres cuasi-continuos que necesitan operar en régimen pulsado, por ejemplo, para evitar el sobrecalentamiento. [2]
Se creía que existían las únicas soluciones numéricas para la pulsación fuerte, picos . El fuerte remate es posible, cuando, es decir, la vida útil de las excitaciones en el medio activo es grande en comparación con la vida útil de los fotones dentro de la cavidad. El spiking es posible a baja descarga de auto-pulsación, en los dos parámetros correspondientes y debe ser pequeño.
La intención de realización del oscilador Toda en el banco óptico se muestra en la figura 4. Las curvas coloreadas son oscilogramas de dos gritos del láser de estado sólido de microchip bombeado por diodos cuasi-continuo en cerámica Yb: YAG , descrito por. [3] La curva negra gruesa representa la aproximación dentro del modelo simple con el oscilador Toda . Sólo se produce un acuerdo cualitativo.
Oscilador de Toda
Cambio de variables
conducir a la ecuación para el oscilador de Toda . [4] [3] Con una disminución débil de la autopulsación (incluso en el caso de picos fuertes), la solución de la ecuación correspondiente se puede aproximar mediante la función elemental. El error de tal aproximación de la solución de las ecuaciones iniciales es pequeño en comparación con la precisión del modelo.
La pulsación de la salida de un láser real en el régimen transitorio suele mostrar una desviación significativa del modelo simple anterior, aunque el modelo ofrece una buena descripción cualitativa del fenómeno de la autopulsación.
Ver también
Referencias
- ^ AESiegman (1986). Láseres . Libros universitarios de ciencia. ISBN 978-0-935702-11-8.
- ^ D. Kouznetsov; J.-F. Bisson; K.Takaichi; K.Ueda (2005). "Láser de estado sólido monomodo con cavidad inestable corta y ancha" . Revista de la Sociedad Americana de Óptica B . 22 (8): 1605-1619. Código bibliográfico : 2005JOSAB..22.1605K . doi : 10.1364 / JOSAB.22.001605 .
- ^ a b D. Kouznetsov; J.-F. Bisson; J.Li; K.Ueda (2007). "Láser autopulsante como oscilador Toda: Aproximación a través de funciones elementales" . Journal of Physics A . 40 (9): 1–18. Código Bibliográfico : 2007JPhA ... 40.2107K . CiteSeerX 10.1.1.535.5379 . doi : 10.1088 / 1751-8113 / 40/9/016 .
- ^ GLOppo; A. Politi (1985). "Toda la potencialidad en ecuaciones láser" . Zeitschrift für Physik B . 59 (1): 111-115. Código bibliográfico : 1985ZPhyB..59..111O . doi : 10.1007 / BF01325388 .
- Koechner, William. Ingeniería láser de estado sólido , 2ª ed. Springer-Verlag (1988).
enlaces externos
- https://web.archive.org/web/20070514062058/http://www.tcd.ie/Physics/Optoelectronics/research/self_pulse.php (autopulsación en láseres semiconductores)