Влияние температуры на генерационные характеристики неодимового лазера с квазитрехуровневой схемой

Abstract

Рассмотрено влияние температуры на генерационные характеристики лазера с квазитрехуровневой схемой. Анализ проводился для лазера с попутным диодным возбуждением и активной средой на основе иттриево-алюминиевого граната с неодимом. Использовалась точечная модель лазера и балансные (скоростные) уравнения, которые решались методом Рунге – Кутта четвертого порядка. Показано, что зависимость плотности потока фотонов от времени имеет пичковую структуру, постепенно переходящую в непрерывный режим генерации. При повышении температуры стационарное значение плотности потока фотонов уменьшается, однако это уменьшение не превышает 10 % при изменении температуры от 0 до 100 °C. Значительно сильнее это изменение температуры сказывается на пороге генерации, который повышается примерно в 5 раз. Поскольку нижний уровень расщепляется на 5 подуровней, рассмотрены условия получения генерации при переходах на каждый из них. Показано, что чем ниже подуровень, тем выше порог генерации, причем разность порогов при генерации на нижний и верхний подуровни составляет почти 2 порядка. С уменьшением энергии подуровня, на который идет генерация, время выхода плотности потока фотонов на стационарное значение увеличивается. = Generation of neodymium lasers based on a quasi-three-level scheme is characterized by a higher threshold compared with a four-level scheme due to a significant population of the lower laser level because of the Boltzmann particle distribution at the ground-state sublevels. This distribution is determined by the medium temperature. In the paper consideration is given to the temperature effect on the generation characteristics of lasers with a quasi-three-level scheme. The analysis is performed for a diode end-pumping laser using the active medium based on yttrium aluminum garnet with neodymium. A point model was applied; the rate equations were solved by the fourth order Runge – Kutta method. It is shown that the dependence of the photon flux density on time has a spike structure gradually going to a continuous generation mode. With increasing temperature, a stationary value of the photon flux density is reduced but this reduction is below 10 % for temperature variations from 0 to 100 °C. The effect of temperature is much greater for the lasing threshold that is increased approximately by a factor of 5. Since the lower level is split into five sublevels, conditions of lasing are considered on transitions to every sublevel. It is shown that the lower the sublevel the higher the generation threshold, the difference in the thresholds to the lower and the upper sublevels being about two orders of magnitude. With the decreased energy of a sublevel to which the generation is realized, time needed for the photon flux density to reach its steady-state value is growing.