Графическое моделирование формы импульса излучения терагерцевого газоразрядного лазера
Представлена методика графического моделирования формы импульса излучения газоразрядного терагерцевого лазера с импульсной накачкой и накачкой переменным током. Исходными данными для моделирования являются: величина и форма импульса разрядного тока, зависимости мощности излучения от разрядного тока...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Радіофізика та електроніка |
|---|---|
| Дата: | 2011 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України
2011
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78090 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Графическое моделирование формы импульса излучения терагерцевого газоразрядного лазера / В.К. Киселев, В.П. Радионов // Радіофізика та електроніка. — 2011. — Т. 2(16), № 3. — С. 97-100. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-78090 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Киселев, В.К. Радионов, В.П. 2015-03-10T20:02:04Z 2015-03-10T20:02:04Z 2011 Графическое моделирование формы импульса излучения терагерцевого газоразрядного лазера / В.К. Киселев, В.П. Радионов // Радіофізика та електроніка. — 2011. — Т. 2(16), № 3. — С. 97-100. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1028-821X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78090 537.862:535.14 Представлена методика графического моделирования формы импульса излучения газоразрядного терагерцевого лазера с импульсной накачкой и накачкой переменным током. Исходными данными для моделирования являются: величина и форма импульса разрядного тока, зависимости мощности излучения от разрядного тока и настройки резонатора. Применение методики позволяет получать импульсы излучения требуемой формы и подбирать режимы работы с максимальным кпд. A technique for modelling the shape of the radiation pulse-pumped THz gas-discharge laser is presented. The initial data to be used for modelling are as follows: the size and the shape of a discharge-current pulse; discharge current-dependent radiated power; the dependence of radiated power upon the tuning control of a resonator at different pumping currents. The application of the above technique makes it possible to produce pulses of required shape and to select laser peak-efficiency operating conditions. Подано методику графічного моделювання форми імпульсу випромінювання газорозрядного терагерцового лазера з імпульсною накачкою та накачкою змінним струмом. Вихідними даними для моделювання є: величина і форма імпульсу розрядного струму, залежності потужності випромінювання від розрядного струму та настройки резонатора. Застосування даної методики дозволяє отримувати імпульси випромінювання потрібної форми й підбирати режими роботи з максимальним ККД. ru Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України Радіофізика та електроніка Вакуумна та твердотільна електроніка Графическое моделирование формы импульса излучения терагерцевого газоразрядного лазера Графічне моделювання форми імпульсу випромінювання терагерцового газорозрядного лазера Graphic modelling of THz gas-discharge laser radiation pulse shape Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Графическое моделирование формы импульса излучения терагерцевого газоразрядного лазера |
| spellingShingle |
Графическое моделирование формы импульса излучения терагерцевого газоразрядного лазера Киселев, В.К. Радионов, В.П. Вакуумна та твердотільна електроніка |
| title_short |
Графическое моделирование формы импульса излучения терагерцевого газоразрядного лазера |
| title_full |
Графическое моделирование формы импульса излучения терагерцевого газоразрядного лазера |
| title_fullStr |
Графическое моделирование формы импульса излучения терагерцевого газоразрядного лазера |
| title_full_unstemmed |
Графическое моделирование формы импульса излучения терагерцевого газоразрядного лазера |
| title_sort |
графическое моделирование формы импульса излучения терагерцевого газоразрядного лазера |
| author |
Киселев, В.К. Радионов, В.П. |
| author_facet |
Киселев, В.К. Радионов, В.П. |
| topic |
Вакуумна та твердотільна електроніка |
| topic_facet |
Вакуумна та твердотільна електроніка |
| publishDate |
2011 |
| language |
Russian |
| container_title |
Радіофізика та електроніка |
| publisher |
Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Графічне моделювання форми імпульсу випромінювання терагерцового газорозрядного лазера Graphic modelling of THz gas-discharge laser radiation pulse shape |
| description |
Представлена методика графического моделирования формы импульса излучения газоразрядного терагерцевого лазера с импульсной накачкой и накачкой переменным током. Исходными данными для моделирования являются: величина и форма импульса разрядного тока, зависимости мощности излучения от разрядного тока и настройки резонатора. Применение методики позволяет получать импульсы излучения требуемой формы и подбирать режимы работы с максимальным кпд.
A technique for modelling the shape of the radiation
pulse-pumped THz gas-discharge laser is presented. The initial
data to be used for modelling are as follows: the size and the shape
of a discharge-current pulse; discharge current-dependent radiated
power; the dependence of radiated power upon the tuning control
of a resonator at different pumping currents. The application of the
above technique makes it possible to produce pulses of required
shape and to select laser peak-efficiency operating conditions.
Подано методику графічного моделювання форми
імпульсу випромінювання газорозрядного терагерцового лазера з імпульсною накачкою та накачкою змінним струмом.
Вихідними даними для моделювання є: величина і форма
імпульсу розрядного струму, залежності потужності випромінювання від розрядного струму та настройки резонатора.
Застосування даної методики дозволяє отримувати імпульси
випромінювання потрібної форми й підбирати режими роботи
з максимальним ККД.
|
| issn |
1028-821X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78090 |
| citation_txt |
Графическое моделирование формы импульса излучения терагерцевого газоразрядного лазера / В.К. Киселев, В.П. Радионов // Радіофізика та електроніка. — 2011. — Т. 2(16), № 3. — С. 97-100. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT kiselevvk grafičeskoemodelirovanieformyimpulʹsaizlučeniâteragercevogogazorazrâdnogolazera AT radionovvp grafičeskoemodelirovanieformyimpulʹsaizlučeniâteragercevogogazorazrâdnogolazera AT kiselevvk grafíčnemodelûvannâformiímpulʹsuvipromínûvannâteragercovogogazorozrâdnogolazera AT radionovvp grafíčnemodelûvannâformiímpulʹsuvipromínûvannâteragercovogogazorozrâdnogolazera AT kiselevvk graphicmodellingofthzgasdischargelaserradiationpulseshape AT radionovvp graphicmodellingofthzgasdischargelaserradiationpulseshape |
| first_indexed |
2025-11-25T09:34:56Z |
| last_indexed |
2025-11-25T09:34:56Z |
| _version_ |
1850509087572230144 |
| fulltext |
ВВААККУУУУММННАА ТТАА ТТВВЕЕРРДДООТТІІЛЛЬЬННАА ЕЕЛЛЕЕККТТРРООННІІККАА
_________________________________________________________________________________________________________________
__________
ISSN 1028−821X Радіофізика та електроніка, 2011, том 2(16), № 3 © ІРЕ НАН України, 2011
УДК 537.862:535.14
В. К. Киселев, В. П. Радионов
ГРАФИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФОРМЫ ИМПУЛЬСА ИЗЛУЧЕНИЯ
ТЕРАГЕРЦЕВОГО ГАЗОРАЗРЯДНОГО ЛАЗЕРА
Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины
12, ул. Ак. Проскуры, Харьков, 61085, Украина
E-mail: kiseliov@ire.kharkov.ua
Представлена методика графического моделирования формы импульса излучения газоразрядного терагерцевого лазера с им-
пульсной накачкой и накачкой переменным током. Исходными данными для моделирования являются: величина и форма импульса
разрядного тока, зависимости мощности излучения от разрядного тока и настройки резонатора. Применение данной методики по-
зволяет получать импульсы излучения требуемой формы и подбирать режимы работы с максимальным КПД. Ил. 5. Библиогр.:
5 назв.
Ключевые слова: терагерцевый газоразрядный лазер, накачка переменным током, форма импульса.
В газоразрядных терагерцевых лазерах с
импульсной накачкой и накачкой переменным
током форма импульса излучения зависит от не-
скольких факторов, основной из них – форма
импульса разрядного тока [1–3]. Однако и при
неизменной накачке форма импульса излучения
может существенно изменяться, например может
наблюдаться двугорбость и даже раздвоение им-
пульсов излучения [4]. Это происходит из-за со-
вместного влияния многих факторов: длины и
настройки резонатора, контура усиления активно-
го вещества, показателя преломления активного
вещества и зависимости показателя преломления
от разрядного тока. От формы импульсов разряд-
ного тока и излучения зависит КПД лазера. В то
же время управление формой импульса излуче-
ния требуется в различных физических и био-
медицинских исследованиях; кроме того, это мо-
жет найти применение в телекоммуникационных
системах.
Для практического получения импульсов
излучения требуемой формы необходимо нау-
читься тем или иным способом теоретически или
эмпирически предварительно моделировать их
форму. В силу совместного нелинейного влияния
ряда взаимозависимых факторов осуществить
математическое моделирование чрезвычайно
сложно. В нашей работе представлена графиче-
ская полуэмпирическая методика моделирования
формы импульса излучения газоразрядного тера-
герцевого лазера. Методика использует экспери-
ментально полученные зависимости мощности
излучения от разрядного тока и величины рас-
стройки резонатора при накачке исследуемого
лазера постоянным током.
Моделирование проводилось на образце
HCN-лазера, резонатор которого был адаптиро-
ван для накачки постоянным током. Размеры и
форма резонатора аналогичны параметрам резо-
натора лазера с накачкой переменным током час-
тотой 50 Гц, в котором наблюдался эффект раз-
двоения импульса излучения при расстройке ре-
зонатора [4]. На рис. 1 приведена эксперимен-
тальная зависимость мощности излучения от ве-
личины разрядного тока при длине резонато-
ра ~1,2 м. При снятии этой зависимости произво-
дилась корректировка длины резонатора с целью
настройки на максимум излучения в каждой точ-
ке измерения.
Рис. 1. Экспериментальная зависимость мощности лазерного
излучения от величины разрядного тока
Необходимость такой корректировки
обусловлена тем, что с изменением величины
разрядного тока меняется оптическая длина резо-
натора ΔL, вызванное изменением показателя
преломления активного вещества под воздейст-
вием тока:
,
2
2
)(
2
)(
Δ
210
12
0
21
0
21
21
nnf
)cMn(n
f
M
n
c
n
c
f
M
LLL
−
=
=
−
=
−
=−=
υυ
где L1, L2 – резонансные длины лазерного резона-
тора, соответствующие двум различным значени-
I, A
В. К. Киселев, В. П. Радионов / Графическое моделирование формы…
_________________________________________________________________________________________________________________
98
ям тока газового разряда; f0 – центральная частота
лазерного излучения; υ1, υ2 – скорости распро-
странения излучения центральной частоты при
соответствующих значениях тока газового разря-
да; М – число полуволн, укладывающихся между
зеркалами; n1, n2 – абсолютные показатели пре-
ломления активного вещества при соответствую-
щих значениях тока газового разряда.
Изменение показателя преломления и
оптической длины резонатора вызывает необхо-
димость подстройки расстояния между зеркалами
для сохранения резонансной настройки на цент-
ральную частоту линии излучения активного ве-
щества. Такая подстройка составляет примерно
1 мкм на каждые 0,1 А изменения разрядного то-
ка (рис. 2).
Рис. 2. Экспериментальная зависимость изменения резонанс-
ной длины резонатора от величины разрядного тока
Для осуществления моделирования фор-
мы импульса излучения предварительно снимает-
ся группа экспериментальных зависимостей
мощности излучения от перемещения подвижно-
го зеркала резонатора для каждого измеряемого
значения разрядного тока (рис. 3, а) и на их осно-
ве строится серия лекальных линий (рис. 3, б).
Максимуму каждой такой линии соответствует
оптимум настройки резонатора на центральную
частоту линии излучения активного вещества при
данном токе накачки. Цифрами 1 – 7 на рис. 3
обозначены экспериментальные зависимости и
построенные на их основе линии для моделиро-
вания при токах накачки: 0,15; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5;
0,6; 0,7 А соответственно.
Моделирование формы импульса излуче-
ния осуществляется исходя из задаваемой (реаль-
ной или прогнозируемой) формы импульса раз-
рядного тока. При этом необходимо обеспечить
условие, чтобы изменение разрядного тока в им-
пульсе лежало в пределах ранее измеренной зави-
симости мощности излучения от величины раз-
рядного тока.
Рассмотрим в качестве примера импульс
разрядного тока колоколообразной формы, кото-
рый изображен на рис. 4, а, характерный для на-
качки газоразрядного HCN-лазера переменным
током частотой 50 Гц.
а)
б)
Рис. 3. Экспериментальные зависимости мощности излучения
от изменения положения подвижного зеркала резонатора для
различных токов накачки (а) и построенные на их основе
лекальные линии для моделирования формы импульсов излу-
чения (б)
а)
б)
Рис. 4. Импульс тока накачки (а), моделирование импульса
излучения, для настройки резонатора на максимальном раз-
рядном токе 0,7 А (б)
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 I, A
L,
мкм
5
4
3
2
1
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 t, мс
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
I, A
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
L0 +2 +4 +6 +8 +10 +12 +14 +16 +18 L, мкм
P,
отн.
ед.
L0 +2 +4 +6 +8 +10 +12 +14 +16 +18 L, мкм
P,
отн.
ед. 9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 t, мс
P,
отн.
ед.10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
В. К. Киселев, В. П. Радионов / Графическое моделирование формы…
_________________________________________________________________________________________________________________
99
Мощность излучения в каждый момент
времени в течение импульса тока определяется по
лекальным линиям (рис. 3, б) для каждого значе-
ния разрядного тока при выбранной настройке
резонатора. На рис. 4, б смоделирован импульс
излучения, когда резонатор оптимально настроен
при разрядном токе 0,7 А; длина резонатора при
этом составляет ~ L0 + 12 мкм (рис. 3). На рис. 4, б
напротив каждого соответствующего момента
времени отображаются значения мощностей, кото-
рые находятся на пересечении лекальных линий
(рис. 3, б) с вертикальной прямой, проходящей
через максимум лекальной линии для тока 0,7 А.
Изменение длины резонатора на несколь-
ко микрон оказывает существенное влияние на
форму импульса излучения. На рис. 5, б смодели-
рован импульс излучения при длине резонатора,
укороченной на 4 мкм относительно предыдуще-
го случая, при настройке, оптимальной для тока
I = 0,3 А.
а)
б)
Рис. 5. Импульс тока накачки (а), моделирование импульса
излучения, для настройки резонатора при максимальном раз-
рядном токе 0,3 А (б)
На рис. 5, б отображаются значения
мощностей для каждого момента времени, кото-
рые находятся на пересечении лекальных линий
(см. рис. 3, б) с вертикальной прямой, проходящей
через максимум лекальной линии для тока 0,3 А.
Видно, что при такой настройке происходит раз-
двоение импульса излучения. При максимальном
токе и вблизи него резонатор оказывается рас-
строенным, и это приводит к снижению мощно-
сти излучения в этой области.
Если резонатор настроен для более высо-
кого значения тока, относительно максимального,
раздвоения не происходит, а наблюдается сниже-
ние мощности и сужение импульса излучения,
что также легко смоделировать. Все это имеет
место на практике [4].
В рассмотренных примерах моделирова-
ния все процессы в лазерном резонаторе предпола-
гаются квазистационарными и не учитываются
различия в структуре газового разряда на постоян-
ном и импульсном токе. В лазерах с внутрирезона-
торным синтезом активного вещества необходимо
также учитывать такие параметры, как время син-
теза активного вещества и скорость его прокачки,
поскольку при определенных режимах импульс-
ной накачки эти параметры могут вносить сущест-
венные изменения в процесс генерации [5].
Выводы. Описанную графическую мето-
дику можно рассматривать пока как основу для
последующего более точного моделирования,
учитывающего временные и пространственные
характеристики процессов. Тем не менее эту ме-
тодику уже в представленном виде можно ис-
пользовать на практике для подбора режимов
работы импульсных лазеров, работающих при
низких частотах накачки. В частности, с ее по-
мощью можно, с учетом указанных ограничений,
прогнозировать величину КПД лазера при раз-
личных формах импульсов накачки или рассчи-
тать требуемую корректировку длины резонатора
в процессе следования импульса накачки для дос-
тижения максимального КПД. Такое графическое
моделирование также может оказаться полезным
при осуществлении внутрирезонаторной ампли-
тудной и частотной модуляции лазерного тера-
герцевого излучения.
1. Mathias L. E. Laser oscillations at submillimetre wavelengths
from pulsed gas discharges in compounds of hydrogen, car-
ron, and nitrogen / L. E. Mathias, A. Crocker, M. S. Wills //
Electron. Lett. – 1965. – 1, iss. 2. – P. 45–46.
2. Sachar V. Time dependence of the power otput at 337µ in a
CN laser / V. Sachar, Eric Braner // Appl. Phys. Lett. – 1967. –
10, N 8. – P. 232–234.
3. Shozo Kon. Experiments on a Far Infrared CN Laser / Shozo
Kon // Jpn. J. Appl. Phys. – 1967. – 6, N 5. – P. 612–619.
4. Киселев В. К. Исследование эффекта раздвоения импульса
лазерной генерации при накачке HCN лазера переменным
током / В. К. Киселев, В. П. Радионов // Радиофизика и
электрон.: сб. науч. тр. / Ин-т радиофизики и электрон.
НАН Украины. – Х., 2009. – 14, № 2. – С. 218–221.
5. Киселев В. К. Влияние времени синтеза активного вещест-
ва и интенсивности прокачки на параметры терагерцевого
газоразрядного лазера / В. К. Киселев, В. П. Радионов,
Н. Ф. Дахов // Радиофизика и электрон.: сб. науч. тр. / Ин-т
радиофизики и электрон. НАН Украины. – Х., 2009. – 14,
№ 1. – С. 93–96.
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
I, A
1 2 3 4 5 6 7 8 9 t, мс
1 2 3 4 5 6 7 8 9 t, мс
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
P,
отн.
ед.
В. К. Киселев, В. П. Радионов / Графическое моделирование формы…
_________________________________________________________________________________________________________________
100
V. K. Kiseliov, V. P. Radionov
GRAPHIC MODELLING
OF THZ GAS-DISCHARGE LASER RADIATION
PULSE SHAPE
A technique for modelling the shape of the radiation
pulse-pumped THz gas-discharge laser is presented. The initial
data to be used for modelling are as follows: the size and the shape
of a discharge-current pulse; discharge current-dependent radiated
power; the dependence of radiated power upon the tuning control
of a resonator at different pumping currents. The application of the
above technique makes it possible to produce pulses of required
shape and to select laser peak-efficiency operating conditions.
Key words: terahertz gas-discharge laser, pumping by
alternating current, pulse shape.
В. К. Кісельов, В. П. Радіонов
ГРАФІЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ
ФОРМИ ІМПУЛЬСУ ВИПРОМІНЮВАННЯ
ТЕРАГЕРЦОВОГО ГАЗОРОЗРЯДНОГО ЛАЗЕРА
Подано методику графічного моделювання форми
імпульсу випромінювання газорозрядного терагерцового ла-
зера з імпульсною накачкою та накачкою змінним струмом.
Вихідними даними для моделювання є: величина і форма
імпульсу розрядного струму, залежності потужності випромі-
нювання від розрядного струму та настройки резонатора.
Застосування даної методики дозволяє отримувати імпульси
випромінювання потрібної форми й підбирати режими роботи
з максимальним ККД.
Ключові слова: терагерцовий газорозрядний лазер,
накачка змінним струмом, форма імпульсу.
Рукопись поступила 14.06.11 г.
|