Numerical modeling of passively Q-switched Nd:YAG lasers

• Autorzy: Świderski J.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie numeryczne działania laserów Nd:YAG z pasywną modulacją dobroci rezonatora

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Mathematical description of a passively Q-switched laser and the way it works are presented. Both theoretical and experimental model of this laser were worked out. Moreover, numerical analysis of saturable absorber influence on laser efficiency was made. The thing taken into account here is the saturable absorber characterized by excited state absorption (ESA). The optimization procedure points to the optimal circumstances of the laser system considered. The results obtained numerically are in very good agreement with those achieved experimentally.

PL

W niniejszym opracowaniu została przedstawiona idea pracy oraz matematyczny opis dynamiki generacji lasera z pasywną modulacją dobroci. Analiza dotyczyła wpływu parametrów nieliniowego ab­sorbera na sprawność generacji lasera. Pod uwagę został tutaj wzięty nieliniowy absorber wykazujący zjawisko absorpcji ze stanów wzbudzonych (ESA). Dokonana analiza wskazała na optymalne warunki pracy omawianego układu laserowego. Z przeprowadzonej analizy wynikają następujące wnioski: * Sprawna generacja w układzie laserowym z pasywną modulacją dobroci ma miejsce wówczas, gdy nieliniowy absorber nie wykazuje zjawiska ESA. * Celem maksymalizacji energii wyjściowej lasera nieliniowy absorber powinien charakteryzować się długim czasem życia poziomu wzbudzonego oraz dużą wartością stosunku jego absorpcyjnego przekroju czynnego do emisyjnego przekroju czynnego ośrodka aktywnego. Gwarantuje to dobre wysycenie ośrodka aktywnego. * Zjawisko ESA zmniejsza sprawność generacji rozpatrywanego układu. Wynika to z wielokrotnych przejść absorpcyjnych pomiędzy pierwszym i drugim poziomem wzbudzonym. Zjawisko ESA powoduje: - malenie poziomu energii wydzielonej na stratach statycznych rezonatora, - wzrost poziomu energii niezbędnej na przełączenie nieliniowego absorbera, - zmniejszenie wysycenia ośrodka aktywnego. * W dziedzinie stosunku strat statycznych i dynamicznych występuje wyraźne maksimum energii wyjściowej lasera. Przy wzroście parametru M²δ¹ maksimum to przesuwa się w kierunku mniejszych wartości wspomnianego stosunku, przy czym wartość tego maksimum wzrasta. Optymalizacja konstrukcji lasera z przełączaniem jest zagadnieniem oczywistym i bardzo istotnym zarazem - zwłaszcza, że układy te znajdują szerokie zastosowanie w systemach automatyki przemysłowej, w urządzeniach optoelektronicznych dla celów medycznych, ochrony środowiska i metrologii, jak również w nadajnikach dalmierzy, układach naprowadzania rakiet i oświetlania celów.

Słowa kluczowe

EN

Q-switched solid state laser; saturable absorber; numerical simulation

PL

lasery ciała stałego z przełączaniem strat rezonatora; nieliniowy absorber; analiza numeryczna

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe PWN SA
• Czasopismo: Kwartalnik Elektroniki i Telekomunikacji
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 51, z. 2
• Strony: 239--253
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., wykr., tab.

Twórcy

autor

Świderski J.

• Institute of Optoelectronics, Military University of Technology, Kaliskiego 2, 00-908 Warsaw, Poland,

Bibliografia

• 1. W. Koechner. Solid State Laser Engineering. 5th edition, Springer-Verlag, 2001.
• 2. L. Chen, S. Zhano, J. Zheng, Z. Cheng, H. Che. Characteristics of a passively Q-switched Nd3+ :NaY(WOi)i laser with Cr4+:YAG saturable absorber. Optics & Laser Technology, vol. 34, 2002, pp. 347-350.
• 3. J. Liu, J. Yang, J. H e: High repetition rate passively Q-switched diode pumped Nd:YVO4 laser. Optics & Laser Technology, vol. 35, 2003, pp. 431-434.
• 4. J. Degnan: Optimization of Passively Q-Switched Lasers. IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. 31, 1995, pp. 1890-1901.
• 5. X. Zhang, S. Zhao, Q. Wang, Q. Zhang, L. Sun, S. Zhang: Optimization of Cr4+-doped saturable-absorber Q-switched lasers. IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. 33, 1997, pp. 2286-2294.
• 6. M. B. Camargo, R. D. Stultz, M. Birnbaum: Co+2:YSGG saturable absorber Q-switched for infrared erbium lasers. Optics Letters, vol. 20, 1995, pp. 339-341.
• 7. V. B. Sigacher, T. T. Basier, M. E. Doroshenko, V. V. Osiko, A. G. Popashvili: 1.3pm neodymium laser passively Q-switched with Nd+2:SrF2 and V+3; TAG crystal and Raman shifting to eye - safe region. OSA proceedings on Advanced Solid - State Lasers, vol. 24, 1995, pp. 460-463.
• 8. Y. K. Kuo, M. Birnbaum, W. Chen, K. Yue, M. F. Huang: Passive Q-switching of the Tm, Cr: YAG 2µm laser with a HLF solid-state saturable absorber. OSA proceedings on Advanced Solid - State Lasers, vol. 24, 1995, pp. 445-449.
• 9. U. Griebner, R. Koch: Passively Q-switched Nd:glass fibre - bundle laser. Electronics Letters, vol. 31, 1995, pp. 205-208.