модуляцию лазерного излучения | Пример курсовой работы

модуляцию лазерного излучения

Целью данной курсовой работы является изучить модуляцию лазерного излучения.

Первой  твердой активной средой стал рубин  – кристалл корунда Al2O3 с небольшой  примесью ионов хрома Cr+++. Сконструировал его Т. Мейман (США) в 1960. Широко применяется также стекло с примесью неодима Nd, алюмоиттриевый гранат Y2Al5O12 с примесью хрома, неодима и редкоземельных элементов в виде стержней. Накачкой твердотельных лазеров обычно служит импульсная лампа, вспыхивающая примерно на 10–3 секунды, а лазерный импульс оказывается раза в два короче. Часть времени тратится на создание инверсной заселенности, а в конце вспышки интенсивность света становится недостаточной для возбуждения атомов и генерация прекратится. Лазерный импульс имеет сложную структуру, он состоит из множества отдельных пиков длительностью порядка 10–6 секунды, разделенных промежутками, примерно, в 10–5 секунды. В этом режиме так называемой свободной генерации мощность импульса может достигать десятков киловатт. Повысить мощность, просто усиливая свет накачки и увеличивая размеры лазерного стержня, невозможно чисто технически. Поэтому мощность лазерных импульсов повышают, уменьшая их длительность. Для этого перед одним из зеркал резонатора ставят затвор, который не позволяет генерации начаться, пока на верхний уровень не будут переброшены практически все атомы активного вещества. Затем затвор на короткое время открывается и вся накопленная энергия высвечивается в виде так называемого гигантского импульса. В зависимости от запаса энергии и длительности вспышки мощность импульса может составлять от нескольких мегаватт до десятков тераватт (1012 ватт).
2) Газовые лазеры.
Активной  средой газовых лазеров служат газы низкого давления (от сотых долей  до нескольких миллиметров ртутного столба) или их смеси, заполняющие стеклянную трубку с впаянными электродами. Первый газовый лазер на смеси гелия и неона был создан вскоре после лазера рубинового в 1960 А. Джаваном, В. Беннетом и Д. Эрриотом (США). Накачкой газовых лазеров служит электрический разряд, питаемый высокочастотным генератором. Генерация излучения ими происходит так же, как и в твердотельных лазерах, но газовые лазеры дают, как правило, непрерывное излучение. Поскольку плотность газов очень мала, длина трубки с активной средой должна быть достаточно велика, чтобы массы активного вещества хватило для получения высокой интенсивности излучения.
К газовым лазерам можно отнести  также лазеры газодинамические, химические и эксимерные (лазеры, работающие на электронных переходах молекул, существующих только в возбужденном состоянии). 
Газодинамический  лазер похож на реактивный двигатель, в котором сгорает топливо  с добавкой молекул газов активной среды. В камере сгорания молекулы газов  возбуждаются, и, охлаждаясь при сверхзвуковом течении, отдают энергию в виде когерентного излучения большой мощности в инфракрасной области, которое выходит поперек газового потока.
3) Химические лазеры.
В химических лазерах (вариант газодинамического  лазера) инверсия заселенности образуется за счет химических реакций. Наиболее высокую мощность развивают лазеры на реакции атомарного фтора с водородом.
4) Жидкостные лазеры.
Активной  средой этих лазеров (их называют также  лазерами на красителях) служат различные  органические соединения в виде растворов. Первые лазеры на красителях появились в конце 60-х. Плотность их рабочего вещества занимает промежуточное место между твердым телом и газом, поэтому они генерируют довольно мощное излучение (до 20 Вт) при небольших размерах кюветы с активным веществом. Работают они как в импульсном, так и в непрерывном режиме, их накачку осуществляют импульсными лампами и лазерами. Возбужденные уровни молекул красителей имеют большую ширину, поэтому жидкостные лазеры излучают сразу несколько частот. А кюветы с растворами красителей, излучение лазера можно перестраивать в очень широком диапазоне. Плавную подстройку частоты излучения осуществляют настройкой резонатора.
5) Полупроводниковые лазеры.
Этот  вид оптических квантовых генераторов  был создан в 1962 одновременно несколькими группами американских исследователей (Р.Холлом, М.И. Нейтеном, Т. Квистом и др.), хотя теоретическое обоснование его работы сделал Н.Г.Басов с сотрудниками в 1958. Наиболее распространенные лазерный полупроводниковый материал – арсенид галлия GaAr.
В соответствии с законами квантовой механики электроны в твердом теле занимают широкие энергетические полосы, состоящие из множества непрерывно расположенных уровней. Нижняя полоса, называемая валентной зоной, отделена от верхней зоны (зоны проводимости) так называемой запрещенной зоной, в которой энергетические уровни отсутствуют. В полупроводнике электронов проводимости мало, подвижность их ограничена, но под действием теплового движения отдельные электроны могут перескакивать из валентной зоны в зону проводимости, оставляя в ней пустое место – «дырку». И если электрон с энергией Eэ спонтанно возвращается обратно в зону проводимости, происходит его «рекомбинация» с дыркой, имеющей энергию Eд, которая сопровождается излучением из запрещенной зоны фотона частотой n = Eэ – Eд. Накачка полупроводникового лазера осуществляется постоянным электрическим током (при этом от 50 до почти 100% его энергии превращается в излучение); резонатором обычно служат полированные грани кристалла полупроводника.
6) Лазеры в природе.
Во  Вселенной обнаружены лазеры естественного  происхождения. Инверсная заселенность возникает в огромных межзвездных  облаках конденсированных газов. Накачкой служат космические излучения, свет близких звезд и пр. Из-за гигантской протяженности активной среды (газовых облаков) – сотни миллионов километров – такие астрофизические лазеры не нуждаются в резонаторах: вынужденное электромагнитное излучение в диапазоне длин волн от нескольких сантиметров (Крабовидная туманность) до микрона (окрестности звезды Эта Карина) возникает в них при однократном проходе волны.

История изобретения лазера началась в 1906 году, когда Альберт Эйнштейн создал теорию взаимодействия излучения с веществом, где прослеживалось мысль о возможности создания квантовых усилителей и генераторов электромагнитных волн.
Слово лазер является сокращением от Light Amplification by Emission of Radiation (LASER), т.е. усиление света путем вынужденной эмиссии излучения.
Лазер состоит из источника энергии (механизм накачки), активной среды и системы зеркал (резонатора). Источником энергии может быть электрический разрядник импульсная или дуговая лампа и т.д.
С практической точки зрения лазер — это источник света, который испускает узкий пучок света. Этот пучок света имеет определенную длину волн и распространяется с маленькой расходимостью.
Модуляция лазерного излучения — это изменение одного или нескольких параметров излучения по заданному закону во времени или (и) в пространстве. Другими словами: если лазерное излучение используется в качестве носителя информации, то информацию можно вводить в различные параметры лазерного излучения.
Функцию модуляции излучения выполняют модуляционные устройства, среди которых выделяют:
1. модуляторы — устройства для изменения по заданному закону во времени одного или нескольких параметров лазерного излучения (интенсивности, фазы, частоты или поляризации);
2. пространственно — временные модуляторы (ПВМ) — устройства для изменения во времени по заданному закону пространственного распределения интенсивности, фазы или поляризации пучка лазерного излучения. 
Целью данной курсовой работы является изучить модуляцию лазерного излучения.

Что думаете про курсовую?

Поставьте оценку!