2.1.3. Ефективність поглинання і квантовий вихід накачування

Згідно з даним у попередньому розділі визначенням для ефективності поглинання, можна записати такий вираз:

(2.13)

де Р – повна потужність, поглинута стержнем, dP_λ/dV – поглинута потужність на одиничний інтервал довжин хвиль і на одиничний об’єм, Р_е – повна потужність випромінювання, яке падає на стержень і І_еλ – відповідна інтенсивність на одиничний інтервал довжин хвиль, S_R – площа бокової поверхні стержня. Цей вираз можна спростити до:

(2.14)

Тут усереднення робиться по спектральному розподілу випромінювання лампи.

Квантовий вихід накачки

Квантовий вихід потужності накачування можна записати як:

(2.15)

де dP_λ/dV/hν – це число атомів в одиничному об’ємі на одиничний інтервал довжин хвиль, які переведені з основного стану у смугу накачування; квантовий вихід накачування к_q – відношення числа атомів, які релаксують на верхній лазерний рівень, до числа атомів, закинутих у смугу накачування. Цей вираз теж можна суттєво спростити:

(2.16)

Тут усереднення проводиться по функції σg_λexp(-R_R).

В цьому розділі було визначено загальний ККД оптичного накачування та його чотири складові. Для прикладу в табл.1 наведені числові значення для цих чотирьох складових загального ККД. Ці обчислення зроблені для імпульсного лазера з діаметрами стержня і лампи відповідно 6.3 і 5мм та з еліптичним освітлювачем, який покритий сріблом. Велика вісь рівна 34 мм, мала – 31.2 мм.

Таблиця 1

Порівняння складових частин загального ККД оптичного накачування для різних лазерних матеріалів

Матеріал	кr, %	кt, %	кa, %	кpq,%	Кp, %
Рубін	27	78	31	46	3.0
Александрит	36	65	52	66	8.0
Nd:YAG	43	82	17	59	3.5
Скло з неодимом	43	82	28	59	5.8
Nd:Cr:GSGG	43	82	54	48	9.1

2.2.Лампове торцеве накачування

Лампове торцеве накачування використовується при накачці кристалів малих розмірів, В цьому випадку, стержень активного елемента роблять із двох складових частин, тобто на торець активного елемента нарощується кристал без домішок активатора під кутом, який відповідає куту повного внутрішнього відбивання. ГІри чому показники заломлення наконечника і активного елементу є рівні. Співвідношення радіусів активного елементу і всього зразка береться відповідно рівними :

Рис 17. Активне середовище лазера з ламповою торіїевою накачкою

В цьому випадку всі промені, що падають на поверхню зразку, попадають в активний елемент.

(2.17а)

де

кr - випромінювальна ефективність лампи накачування;

к_і - ефективність передачі випромінювання накачування;

к - ефективність поглинання випромінювання накачування активним середовищем;

кpq - квантовий вихід потужності накачування.

1. Випромінювальна ефективність лампи кr визначається наступним чином:

( неперервне накачування)

(2.17б)

або

( імпульсна накачка ); див.п.2.1.

(2.17в)

2. кr — залежить від ефективності вводу випромінювання накачування в активний стержень, тобто:

-відбивання від оптичної системи;

-поглинання і розсіяння в оптичній системі;

-відбивання на торцях активного елемента.

Для зменшення відбивання на торцях активного елемента наносять просвітлюючі покриття (див. п.4.4.)

2. к - ефективність поглинання випромінювання накачування активним середовищем.

(2.17 г)

де , S- площа поперечного січення випромінювання лампи накачування, яке попадає на торець активного елемента;

- коефіцієнт поглинання активним стержнем випромінювання накачки.

2. кpq – квантовий вихід потужності накачування - кількість поглинутої потужності (енергії), яка приводить до створення інверсної населеності на верхньому лазерному рівні,

( 2.17д)

де -довжина хвилі випромінювання,

-довжина хвилі накачування,

Кр - визначається відношенням числа атомів, які релаксують на верхній

лазерний рівень до числа атомів, які потрапили в смугу накачування, близьку додовжини хвилі випромінювання.