Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Квантовая электроника

Диссертационная работа:

Сачков, Дмитрий Юрьевич. Исследование и оптимизация спектральных и энергетических характеристик малогабаритных Er:YLF и Er:YAG лазеров с диодной накачкой : диссертация ... кандидата технических наук : 05.27.03 / Сачков Дмитрий Юрьевич; [Место защиты: С.-Петерб. гос. ун-т информац. технологий, механики и оптики].- Санкт-Петербург, 2010.- 154 с.: ил. РГБ ОД, 61 11-5/439

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность темы

В настоящее время лазерные приборы и системы нашли широкое применение в промышленном производстве, медицине, информационных технологиях и других областях деятельности человека. Одним из перспективных направлений дальнейшего развития лазерной техники являются технологии, основанные на использовании лазерного излучения с длиной волны в районе трех микрометров. Основной особенностью данной области спектра является то, что в районе длины волны 3 мкм находится один из основных максимумов поглощения веществ,

содержащих гидроксильные группы ОН. Высокое значение показателя поглощения подобных сред в спектральной области 3 мкм может быть использовано при решешга задач дистанционного контроля, воздействия на биологические ткани, спектроскопии.

Сравнительный анализ известных источников лазерного излучения с длиной волны генерации в районе 3-х мкм показал, что одним из наиболее перспективных типов лазеров данного диапазона являются лазеры на кристаллах, активированных ионами эрбия Ег3+. Несмотря на то, что лазерная генерация в данных средах получена довольно давно (1975 г.), эрбиевые лазеры имеют значительный потенциал развития связанный с использованием селективной накачки лазерными диодами. Использование диодной накачки позволяет улучшить технико-эксплуатационные характеристики лазеров данного типа, в частности увеличить срок службы лазера, уменьшить его габариты, энергопотребление. В частности, становиться возможным создание систем с излучателем, расположенным непосредственно в рабочем наконечнике (handpeace), что снижает потери на доставку излучения до объекта и тем самым существенно увеличивает эффективность системы.

Следует отметить, что в большинстве задач, решаемых с использованием лазеров трехмикрометрового диапазона, требуется лазерное излучение с высоким уровнем импульсной мощности, а таже стабильными спектральными и временными параметрами. Это определяет высокую потребность в способах оптимизации и управления характеристиками эрбиезых лазеров с диодной накачкой.

Цель и задачи диссертационной работы

Цель диссертационной работы - разработка способов оптимизации и управления характеристиками генерации малогабаритных EnYLF и EnYAG лазеров среднего ИК диапазона для медицинских применений.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

  1. Разработать математические модели, описывающие динамику процессов генерации на переходе между энергетическими уровнями 41ц/2-4113/2эрбиевых лазеров с импульсно-периодической диодной накачкой.

  2. Провести экспериментальные исследования спектральных и энергетических параметров генерации EnYLF и EnYAG лазеров с диодной накачкой, в т.ч. и для апробации и уточнения параметров разработанных моделей.

  3. Разработать способы оптимизации и управления генерационными характеристиками Er:YLF и EnYAG лазеров для увеличения эффективности и импульсной мощности их генерации.

Научная новизна работы определяется тем, что в ней впервые:

  1. Разработаны математические модели многочастотной генерации EnYLF и EnYAG лазеров с диодной накачкой, учитывающие переходы между основными нижними энергетическими уровнями иона Ег3+, в т.ч. процессы нелинейной релаксации (апконверсия, самотушение люминесценции).

  2. Исследовано влияние режимов импульсно-периодической диодной накачки на спектральные и энергетические параметры генерации EnYLF и EnYAG лазеров.

  3. Показана и обоснована возможность управления спектром генерации эрбиевых лазеров при селективной накачке на энергетический уровень 41И/2, за счет изменения мощности, длительности и частоты следования импульсов накачки при импульсно-периодическом режиме работы лазера.

  4. Установлено, что в режиме свободной генерации пиковые мощности импульсов генерации EnYLF лазера с диодной накачкой на различных длинах волн перехода приблизительно одинаковы, в то время как в режиме модуляции добротности Fe2+:ZnSe затвором мощность пичков генерации на длине волны 2.66 мкм существенно меньше мощности пичков излучения генерации на длинах волн 2.71 и 2.81 мкм.

  5. Достигнута пиковая мощность генерации излучения EnYLF лазера с диодной накачкой порядка 100 кВт на длине волны 2.81 мкм в

режиме модуляции добротности резонатора пассивным затвором на основе кристалла Fe2+:ZnSe.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту

  1. Расчетные модели, описывающие многочастотную генерацию EnYLF и Er:YAG лазеров с селективной накачкой на энергетические урозни 41ц/2 и їй/2, с помощью которых можно выполнить исследование и оптимизацию выходных спектрально-энергетических характеристик лазеров как в режиме свободной генерации, так и в режиме пассивной модуляции добротности.

  2. Управление длинами волн генерации Er:YLF и EnYAG лазеров, соответствующих линиям переходов между мультиплетами 4111/2 и 4Іізд, в импульсно-периодическом режиме может осуществляться за счет изменения энергетических и временных параметров импульсов накачки без установки дополнительных спектрально селективных элементов в резонатор лазера.

  3. Выбор параметров частотно-импульсного режима селективной накачки эрбиевых лазеров, обеспечивающих заданный спектральный состав излучения, может быть выполнен на основе использования упрощенной трехуровневой аналитической модели.

  4. Смена длины волны генерации в течение импульса диодной накачки Er:YLF лазера, работающего в режиме пассивной модуляции добротности резонатора затвором на кристалле Fe2+:ZnSe, происходит в той же последовательности, что и в режиме свободной генерации. При этом в отличие от режима свободной генерации, в режиме модуляции добротности мощность пичков генерации на длине волны 2.66 мкм существенно меньше мощности пичков генерации на длине волны 2.81 мкм.

Реализация результатов диссертационной работы

Результаты диссертационной работы были использованы в СПбГУ ИТМО, ЗАО «УНП Лазерный центр ИТМО», ООО «Технологии. Внедрение. Наука.» при реализации проектов «Динамика генерации кристаллических эрбиевых лазеров при наличии кросс-релаксационных процессов передачи энергии возбуждения» (грант №РШ1.2.1.2.4867, 2006-2008 гг.) и «Исследование и управление параметрами генерации твердотельных эрбиевых микролазеров дня оптимизации процессов взаимодействия оптического излучения с биотканью» (грант №РНП. 2.12/4302, 2008-2010 гг.) федеральной программы «Развитие научного потенциала высшей школы», проекта «Исследование процессов многочастотной генерации малогабаритных твердотельных лазеров

среднего ИК-диапазона с диодной накачкой» (2008-2010 гг.) тематического плана научно-исследовательских работ СПбГУ ИТМО, проектов ООО «Технологии. Внедрение. Наука»: «Разработка методов увеличения импульсной мощности эрбиевого микролазера трехмикронного диапазона, работающего в импульсно-периодическом режиме со средней мощностью выше 1 Вт» и «Разработка методов пассивной модуляции добротности малогабаритных эрбиевых лазеров с диодной накачкой» в рамках федеральной программы «Участник молодежного научно-инновационного конкурса (У.М.Н.И.К.)» и создании малогабаритного Er:YLF лазера с диодной накачкой в ЗАО «УНП Лазерный центр ИТМО».

Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе кафедры Лазерной техники и биомедицинской оптики Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики при подготовке студентов по направлению 200200 «Оптотехника», специальности 200201 «Лазерная техника и лазерные технологии», при подготовке бакалавров по направлению 140400 «Техническая физика».

Апробация работы и публикации

Результаты, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались на международных и российских конференциях: Международные конференции «Оптика лазеров» (Санкт-Петербург, 2008, 2010 г.), Fundamentals of laser assisted micro-& nanotecnologies (Санкт-Петербург, 2010 г.), Всероссийская межвузовская конференция молодых ученых (Санкт-Петербург, 2008, '2009, 2010 г.), а также на семинарах кафедры ЛТиБМО СПбГУ ИТМО, где были положительно восприняты научной общественностью.

Доклад соискателя «Модель многочастотной генерации эрбиевых кристаллов в диапазоне 3 мкм при селективной накачке на нижний лазерный уровень» был отмечен дипломом «за лучший доклад на секции» Всероссийской межвузовской конференции молодых ученых (14 - 17 апреля 2009 г.).

Результаты диссертации опубликованы в 7 печатных работах, из них 4 в изданиях, входящих в перечень российских рецензируемых научных журналов, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук (список ВАК).

Личный вклад автора

Общая постановка цели и задач диссертационной работы проведены совместно с научным руководителем данной работы. Лично соискателем выполнены разработка компьютерных моделей EnYLF и EnYAG лазеров, проведен анализ результатов исследования с применением разработанных моделей. Исследования и анализ экспериментальных характеристик лазеров, их сравнение с результатами теоретического моделирования выполнены совместно с сотрудниками кафедры лазерной техники и биомедицинской оптики М.В. Иночкиным, В.В. Назаровым, Л.В. Хлопониным при непосредственном участии соискателя.

Структура и объем работы


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net