ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Управление с помощью внешнего сигнала Некоторые специальные схемы резонаторов из "Оптические резонаторы и лазерные пучки " Генераторы с трехзеркальными неустойчивыми резонаторами. Дальнейшее усовершенствование методов управления излучением лазеров с неустойчивыми резонаторами связано со сформулированной и экспериментально обоснованной в [39] идеей о достаточности воздействия лишь на небольшой приосевой участок сечения генератора, из которого растекается излучение (рис. 3.8). Чтобы реализовать эту идею, следует проделать отверстие в центре одного из зеркал и установить за ним дополнительное зеркало в образовавшемся таким образом узком аппендиксе могут быть с удобством размещены управляющие элементы совсем небольшого размера. [c.228] Этот трехзеркальный резонатор и эквивалентная ему схема без отверстия в зеркале изображены на рис. 4.10. [c.229] В остальном объеме будет развиваться самостоятельная генерация, уже ничем не управляемая. Отсюда ясно, какое важное практическое значение имеет характер зависимости порога генерации от размеров перекрытого участка сечения. [c.229] Для выяснения этой зависимости воспользуемся тем же полугеометри-ческим подходом, ч о и в 2.4, 3.2 (рис. 2.18, 3.7 а). Согласно ему построим траекторию луча, который, следуя от края зеркала и попеременно отражаясь от обоих зеркал, приближается к оси резонатора, пока не падает перпендикулярно на поверхность одного из зеркал вблизи края отверстия, после чего возвращается назад по тому же пути. Эта ситуация изображена на относящемся к случаю симметричного резонатора рис. 4.11. [c.229] НИИ условий А экв экв экв ИЗ соответствующих формул [80] следует соотношение / отр1 [ тгЛ эквО 1/ )] Оно справедливо как в двумерном (цилиндрические зеркала), так и в трехмерном случае напомним, что с совпадением коэффициентов отражения от края полосовых и круглых зеркал мы уже сталкивались в 2.4. [c.230] Правильность всей этой выработанной нами концепции была проверена и полностью подтвердилась на практике. В случае двумерных резонаторов порог генерации при введении малой щели действительно возрастает очень резко. Так, экранирование участка шириной 3 мм повышало пороговую интенсивность накачки изображенного на рис. 4.3а широкоапертурного лазера примерно втрое. Поэтому управление характеристиками излучения лазеров с двумерными неустойчивыми резонаторами осуществляется без особого труда [70]. [c.231] Таким способом в [49] был реализован лазер на неодимовом стекле с выходной энергией 400 Дж, угловой расходимостью по уровню 0,5 интенсивности 8 10 рад и шириной спектра 3 10 нм (без селекторов последняя составляла несколько нанометров, выходная энергия 500 Дж). Примечательно, что селекторы в аппендиксе эффективно управляли спектром генератора в целом несмотря на то, что в их присутствии порог генеращ1и центрального участка, взятого в отдельности, явно превьпиал порог самовозбуждения основного резонатора при перекрытом аппендиксе . [c.232] Дополнительные сведения о свойствах трехзеркальных неустойчивых резонаторов и возможностях их применения имеются в [16], 3.4 и 4.3. К сожалению, ряд перспективных идей, относящихся к подобным схемам и высказьюавшихся нами еще в 70-е годы, пока не реализован. Судя по всему, значительного повышения потерь неустойчивых резонаторов с отверстиями можно достичь путем искусственного сглаживания края выходного зеркала (с целью всемерного уменьшения / отр1) При необходимости роль аппендикса может быть существенно усилена размещением в нем дополнительного активного элемента малого сечения (попытки добиться аналогичного эффекта путем внутрирезонаторного инициирования стягивающейся в центр сходящейся волны приводят к резкому росту расходимости излучения, см [50], а также 4.1). Наконец, в задачах управления спектром можно пытаться воспользоваться тем обстоятельством, что между смешивающимися благодаря дифракции волнами, идущими из аппендикса и от прилегающей к отверстию части вогнутого зеркала, существует разность фаз, определяемая двойной длиной аппендикса, благодаря чему у оси образуется отдаленное подобие отражательного интерферометра Фабри — Перо. [c.232] Управление с помощью внешнего сигнал. К числу важнейших методов получения нужных спектрально-временных характеристик генерации относится введение в резонатор затравочного излучения от внешнего источника. Этот метод нередко используется в случае моноимпульсных лазеров с плоскими резонаторами для синхронизации или управления спектром импульса, к началу развития которого и впрыскивается затравка. Поскольку дифракционное распльюание пучков в плоских резонаторах происходит сравнительно медленно, для убыстрения процесса установления затравку обычно вводят сразу по всему сечению. [c.232] Неустойчивые резонаторы с центральным отверстием связи оказьша-ются весьма полезными и здесь. Как было указано нами в 1969 г. [72], лазеры на их основе являются полными аналогами и могут заменять многокаскадные усилительные системы с промежуточными телескопами. Необходимо лишь предотвратить их самовозбуждение в отсутствие внешнего сигнала (или неуправляемую генерацию в его присутствии), что может быть достигнуто соответствующим выбором геометрии резонатора. Этот вопрос нетривиален и заслуживает комментариев. Поскольку управляемые внешним сигналом лазеры х двумерными резонаторами практически никогда не встречаются, ограничимся рассмотрением случая сферических круглых зеркал с круглым же отверстием связи. [c.233] Многое определяется тем, в каком режиме должен работать управляемый лазер. Если этот режим близок к стационарному, можно использовать резонатор со сравнительно небольшими потерями, не стремясь к тому, чтобы лазер не был способен самовозбудиться в отсутствие внешнего сигнала. В случае ждущего режима работы с предварительным накоплением значительной инверсной населенности потери должны быть столь большими, чтобы самовозбуждение лазера не происходило ни при каких условиях. Тогда мы имеем дело, по существу, уже не с генератором, управляемым внешним сигналом, а с чистым усилителем. [c.233] Конкретный анализ начнем с квазистационарного режима, под которым будем подразумевать такой, когда накачка осуществляется непрерывно, а управляющий сигнал либо имеет постоянную интенсивность, либо его мопщость хотя и изменяется во времени, но без таких больших пауз, в течение которых могла бы накопиться значительная инверсная населенность. Последний вариант имеет место, скажем, когда управляющий сигнал состоит из часто повторяющихся импульсов в подобных случаях под мощностью и плотностью излучения сигнала будем подразумевать их усредненные по значительному промежутку времени величины. [c.233] Коснемся еще вопроса о выборе размера отверстия связи. Потери резонаторов из сферических зеркал зависят от этого размера, как мы видели, слабо, и всемерное уменьшение отверстия, почти не изменяя порога самовозбуждения, явно позволяет снижать мощность управляющего излучения. Поэтому выгодно использовать совсем небольшие отверстия они не должны быть только так малы, чтобы ось резонатора за счет погрешностей юстировки, вибращ1Й и т.п. могла выйти за их пределы. [c.234] Среди спещ1фических свойств управляемых генераторов с малыми отверстиями связи вьщеляется чрезвычайно слабая зависимость эффективности от мощности управляющего сигнала. И это объяснить несложно известно, что относительные колебания мощности на выходе любого лазерного усилителя, работающего в квазистащюнарном режиме, благодаря насыщению усиления значительно меньше относительных колебаний мощности на его входе. Здесь же, из-за наличия нескольких проходов излучения по среде, данный эффект проявляется еще резче. [c.234] Отсюда, кстати, вытекает важное следствие, касающееся обычных лазеров с широкоапертурными неустойчивыми резонаторами. Бывает, что ка-кое-либо возмущение на центральном участке сечения сильно снижает потери пустого резонатора, а с ними и порог генерации соответствующего лазера. Может показаться, что это должно приводить к существенному повьшиению мощности генерации. Однако в действительности изменение условий на небольшом приосевом участке может сильно повлиять на выходную мощность только в том случае, если лазер до этого был близок к порогу генерации. При большом превышении порога выходные параметры мало чувствительны к изменениям плотности излучения на небольшом участке сечения независимо от того, вызваны ли эти изменения влиянием местных возмущений или излучение туда подается, как в управляемом лазере, от внешнего источника. [c.234] В заключение сообщим, что первый лазер с неустойчивым резонатором, управляемый внешним сигналом, описан в [47] в [54] имеются обширные расчетные данные об энергетических характеристиках управляемых генераторов и многопроходовых усилителей, к рассмотрению которых мы сейчас и переходим. [c.234] Вернуться к основной статье