ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Импульсные генераторы Особенности лазеров с неустойчивыми резонаторами из "Оптические резонаторы и лазерные пучки " Импульсные генераторы. Особенности лазеров с неустойчивыми резонаторами. При импульсном возбуждении активной среды устойчивые резонаторы используются лишь в весьма редко встречающихся малоапертурных лазерах (N 1) процесс выделения отдельных мод устойчивых резонаторов с 1 длится Слишком долго. Даже если длительность импульса формально и превышает время установления колебаний, для удовлетворительной работы лазера это часто оказывается недостаточным. Дело в том, что резонатор в течение импульса накачки за счет нагревания среды и других подобных процессов всегда подвергается определенной перестройке, поэтому процесс установления как бы многократно начинается заново (в пичковом режиме это проявляется воочию). Указанное обстоятельство существенно упрощает наш анализ для подавляющего большинства лазеров приходится выбирать только между плоскими и неустойчивыми резонаторами. [c.208] Когда допустимо М 2, имеет смысл применять дифракционный вывод. Кроме обычных, может оказаться пригодной и порой выгодной также описанная в 4.2 схема линейного резонатора с пространственной фильтрацией излучения. Следует, однако, иметь в виду, что при промежуточных N неустойчивые резонаторы обеспечивают лишь небольшой выигрыш в расходимости по сравнению с плоскими, причем этот выигрыш быстро сходит на нет по мере повышения степени неоднородности среды. Поэтому если среда существенно неоднородна или угловая расходимость не имеет первостепенного значения, простейшие плоские резонаторы остаются вне конкуренции. [c.209] Максимальный к.п.д. большинства широкоапертурных импульсных лазеров достигается при потерях, составляющих десятки процентов. Тогда целесообразен дифракционный вьюод излучения, при котором потери однозначно связаны с коэффициентом увеличения М. Значение к.п.д. в районе своего максимума зависит от М слабо, и варьирование Мв известных пределах не связано с существенным снижением выходной мощности. Этим можно воспользоваться, чтобы при выборе Д как и в случае непре-рьшных лазеров, учесть еще соображения, связанные с расходимостью излучения. [c.209] Для снижения расходимости целесообразно, как правило, использовать резонаторы с возможно большим М при этом и уменьшается чувствительность к аберрациям, и кольцо становится менее узким. Однако идти на значения Л/, значительно превьш1ающие 2, следует с осторожностью. В первую очередь, из 2.5, 3.3 следует, что одномодовая генерация с равномерным распределением поля надежнее всего достигается при больших Л экв Если поперечные размеры активного элемента заданы, Л экв достигает максимума при М -2, Дальнейшее увеличение М, несмотря на некоторый рост кривизны зеркал, вызывает падение Л экв вследствие быстрого уменьшения поперечных размеров выходного зеркала. [c.209] Упомянув о светорассеянии, нельзя не отметить, что необходимо не только разумно выбрать конфигурацию резонатора, но и принять все возможные меры, чтобы исключить образование сходящихся волн с заметной начальной интенсивностью. В случае телескопического резонатора чисто сходящаяся волна образуется, как нетрудно видеть, при частичном отражении основной волны от плоских поверхностей раздела, перпендикулярных оси резонатора поэтому имеющиеся в лазере поверхности раздела (например торцевые поверхности стержня) должны быть заметно наклонены. [c.210] Таковы самые общие соображения о выборе типа и характеристик резонаторов для импульсных лазеров. Этого, однако, далеко не всегда достаточно для принятия однозначного решения последствия перехода от одного вида резонатора к другому весьма разнообразны, и необходимо заранее знать о них как можно больше. [c.210] Наиболее полные данные по этому поводу относятся к лазерам на неодимовом стекле они были получены в ходе исследований, вьшолненных под руководством автора в конце 60-х —начале 70-х годов [61—63, 39, 68, 46, 70, 65, 52, 5, 47-50]. Именно тогда были выработаны как изложен-ные выше соображения, так и значительная часть развитых в 2.5 представлений о свойствах неустойчивых резонаторов, а также впервые опробованы и изучены почти все описанные далее разновидности их схем. [c.210] Материалы этих исследований не утратили своей актуальности достигнутые параметры ряда видов лазеров на неодимовом стекле не превзойдены и поньше. Кроме того, последствия перехода к неустойчивым резонаторам у лазеров всех типов примерно одинаковы, поэтому полученные сведения носят весьма универсальный характер кратко изложим те из них, которые относятся к случаю двухзеркальных резонаторов. [c.210] Впоследствии выходная энергия излучения генератора данного типа была доведена до 4500 Дж, а при последовательной установке двух активных элементов в одном резонаторе с М-5 — до 8000 Дж [5]. Угловая расходимость излучения составляла по уровню 0,5 интенсивности 2 10 рад, по уровню 0,5 энергии — примерно 5 рад. [c.211] Для реализации малой угловой расходимости торцы активного элемента наклонялись на 2— 3° по отношению к оси резонатора, что позволяло избавиться от порождаемых френелевским отражением сходящихся волн. По тем же причинам вывод излучения из резонатора осуществлялся одним из двух способов, изображенных на рис. 4.2. Необходимость принятия подобных мер была доказана демонстрационным опытом, заключавшимся во внесении внутрь резонатора устанавливавшейся строго перпендикулярно к его оси стеклянной пластинки с просветленными поверхностями, остаточное отражение от которых не превьппало 0,3%. Этого было достаточно, чтобы картина генерации разительно изменялась и угловая расходимость возрастала в десятки раз, приближаясь к значению, характерному для плоского резонатора. [c.211] Однако продолжим рассказ о свойствах лазеров с нормальными неустойчивыми резонаторами, не имеющими источников сходящихся волн. Малые повороты и перемещения зеркал в поперечном направлении вызывают, в полном соответствии с предсказаниями геометрического приближения, лишь небольшие изменения направления пучка. Форма углового распределения существенно искажается только при столь больших разворотах зеркал, что ось вплотную подходит к боковой поверхности образца ([62] аналогичные исследования для сл ая лазера на СО2 были выполнены немного позже в [180]). [c.212] Также в соответствии с геометрическим приближением перемещения одного из зеркал в продольном направлении вызьюают изменение кривизны выходящей из резонатора волны. В случае телескопического резонатора таким путем можно сфокусировать пучок на заданном расстоянии d L от лазера, увеличив длину резонатора по сравнению с длиной L при конфокальном расположении тех же зеркал на величину порядка (Af+1) / [ iM— ) d] (фокусировка на расстоянии J также возможна, однако сопровождается падением выходной мощности за счет конусности светового пучка внутри активного элемента). В конце 60-х — начале 70-х годов нами на ВДНХ экспонировался лазер с выходной энергией в несколько сотен джоулей, излучение которого фокусировалось подобным образом в пятно диаметром несколько миллиметров на дистанции 50 м. [c.212] Смещение оси резонатора к краю рабочего сечения позволило осуществить вьюод излучения в виде единого п ка (рис. 4.36) вели 1ина А экв при этом возросла до 7000. Отступлений от результатов дифракции идеальной волны на выходной апертуре генератора не было замечено и здесь расходимость излучения, как это и должно было произойти, стала еще меньшей и составила 10 рад. Отметим, что этот способ получения более благоприятной формы выходной апертуры впоследствии начал использоваться также в резонаторах из сферических зеркал (например, [191,42]). [c.213] После проведения этих экспериментов тезис о том, что неустойчивые резонаторы с большими Л экв идеальных условиях обеспечивают генерацию на основной моде с дифракционным углом расходимости излучения, можно было считать доказанным. Надлежало еще проверить, оказьюаются ли угловые характеристики предельно возможными для данных условий и тогда, когда эти условия не столь хороши (имеется неоднородность среды и Т.П.). С этой целью в [48] были экспериментально сопоставлены свойства обычного лазера с телескопическим резонатором и многокаскадной системы на аналогичных активных элементах. Подобные системы состоят из маломощного задающего генератора и каскадов усиления с телескопами между ними (для расширения сечения пучка с одновременным уменьшением расходимости см., например, [174], а также [16], 2.6) их построение на протяжении ряда лет считалось единственно возможным способом решения проблемы расходимости излучения мощных лазеров. [c.213] Вернуться к основной статье