УДК 681.7.069.24. ЧУДИН С.А., МАГЕРОВСКИЙ В.В.

АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ
ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ЛАЗЕРОВ

Кубанский Государственный Аграрный Университет
350044, Россия, Краснодар, ул. Калинина, д.13,
serg1753@rambler.ru

Исследованы характеристики лазера с торцевой диодной
накачкой на основе Nd: LSB, Nd:CSB и KTP. Проведено
компьютерное моделирование процесса ап - конверсии частоты
стимулированного излучения в системе активный - нелинейный
кристалл. Построена зависимость КПД системы от сечения пучка
излучения накачки.
Цель данной работы - теоретическое исследование и
моделирование микролазеров, излучающих в голубой области спектра
- 0,457мкм. Проблема миниатюризации оптических компонент приборов
может быть решена путем использования лазеров с диодной
накачкой. Данные лазеры могут быть построены по схеме ап-
конвертора с внутрирезонаторным смешением стимулированного
излучения с излучением накачки от лазерного диода.
Энергетический КПД таких лазеров низок и не превышает
нескольких процентов. Физические причины этого обусловлены тем,
что процессы ап-конверсии с несовпадающими частотами
взаимодействующих волн требуют точного пространственного
согласования взаимодействующих пучков.
Данные лазеры построены по схеме: лазерный диод (ЛД),
активный элемент(АЭ) Nd:LSB или Nd:CSB , нелинейный элемент(НЭ)
KTP. Голубые микрочиповые лазеры могут найти свое будущее в
системах оптической обработки и записи информации - CD-ROM.
При использовании голубых лазеров можно увеличить плотность
записи.
В настоящее время не существует лазерных материалов с
переходами, излучающими в голубой и фиолетовой части спектра.
Использование ап - конверсии позволяет решить проблему построения
такого лазера.
В данной работе решение системы уравнений - укороченные
уравнения плюс лазерные (балансные) уравнения в приближении
заданной интенсивности производилось методом Рунге - Кутта -
Мерсона.

Процесс + = - ап - конверсия, в процессе участвуют
1
2
3
все волны. Моделирование ап - конвертора было произведено со
следующими параметрами: длина волны излучения =
мкм
065
,
1
,
1
длина волны излучения накачки =
мкм
807
,
0
, минимальный угол
p
ввода пучка в кристалл по отношению к его нормали 00, оптическая
ось направлена вправо от нормали, угол поляризации в градусах 450,
точность решения диф. уравнений 1*10-6, коэффициент пропускания
накачки - 0, 9804. (АЭ), коэффициент пропускания излучения на 1 -
0,9943 (АЭ), коэффициент пропускания излучения на 2 - 0,9943
(АЭ), коэффициент пропускания излучения на 3 - 0,9811 (АЭ),
длина всех воздушных промежутков 1мкм, длина активного кристалла
1,2 мм, длина нелинейного кристалла 1,1мм, концентрация активатора в
активном элементе 4,5 *1020 1/см3, сечение стимулированного излучения
для о- волны 1,3*10-9см2, сечение стимулированного излучения для е-
волны 0,9*10-19см2, сечение поглощения накачки 0,8*10-19см2, мощность
ЛД (лазерного диода накачки) 1Вт.

Рис.1. Зависимость КПД ап - конвертора от сечения пучка накачки.
Плоскость ХУ кристалла KTP, процесс о+е->е.

В работе проведено исследование микролазеров с диодной
накачкой, излучающих в голубой части спектра - 0,457мкм, рассмотрен
КПД преобразований, сделан анализ. Расчеты выполнены для А.Э. -
Nd:LSB, Н.Э. - KTP. Из рис.1 можно сделать вывод - чем меньше
сечение пучка излучения накачки - тем выше КПД лазерной системы.
Это необходимо учитывать при построении ап-конверторов.


Представленные в данной работе результаты подтверждают,
что использование диодной накачки, ап-конверторов , построенных на
схеме активный элемент - нелинейный элемент, открывает новые
возможности при построении голубых и фиолетовых микролазеров.

1. Ф. Цернике , Дж. Мидвинтер. Прикладная нелинейная оптика,
М., Мир 1976.
2. О. Звелто . Принципы лазеров, М., Мир 1984.
3. Ю.Н Карамзин, А.П. Сухоруков, В.А.Трофимов. Математическое
моделирование в нелинейной оптике, Издательство Московского
университета 1989.
4. В.В. Магеровский, С.А. Чудин. Теоретическое моделирование
твердотельных лазеров. Деп. ВНИИЭСХ 22 ВС-2003, 16 стр.



Document Outline