ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Лазер на неодимовом стекле Приложения лазеров на динамических решетках из "Лазеры на динамических решетках " Использовался полупроводниковый кристалл, на заднюю грань которого было нанесено высокоотражаюшее покрытие 3i, а передняя грань была просветлена. Излучение лазера объективом 1 направлялось в кристалл BaTiOa (пятно с d = мм), после прохождения которого оно с помощью зеркал Зг и З3 формировало петлю накачки и вновь попадало в кристалл. Общая длина внешнего резонатора составляла L = 24 см. Зеркало З3 могло вращаться в плоскости чертежа, что приводило к поперечному сдвигу в кристалле возвращаемого пучка накачки и изменению периметра кольца. [c.209] При больших разъюстировках спектр генерации начинал совершать повторяющиеся циклы свипирования в красную либо фиолетовую сторону на 10 нм. Соответствующие колебания претерпевала и выходная мощность. Скорость, например, коротковолнового свипирования составляла ОД нм/с. Тот же лазер генерировал и с обращающим зеркалом с двумя областями взаимодействия, но с большим порогом. Элементарный расчет показал, что частотный сдвиг при каждом отражении составлял 130 Гц для пассивного обращающего зеркала с внешним кольцом накачки и 20 Гц для пассивного обращающего зеркала с двумя областями взаимодействия, что на один-два порядка больше полосы усиления фоторефрак-тивного кристалла Д/ г 1 Гц. Картина интерференции прямого и обращенного пучков была неподвижна с точностью, соответствующей 5/ 1 Гц. [c.209] Наконец, принудительное поступательное движение кристалла поперек пучка с помощью платформы 2 для имитации доплеровского сдвига приводило к движению полос интерференции встречных пучков в резонаторе гибридного лазера, наблюдавшихся с помощью вспомогательной схемы, но не влияло на характер перестройки спектра генерации. Все это показало, что обнаруженное самосвипирование гибридного полупроводникового лазера имеет иное, происхождение, чем в лазерах на красителях, и еще раз продемонстрировало сложную природу явлений, сопровождающих смешение волн. [c.209] На этом основании была подвергнзпга критике [33] предпринятая в работе [34] попытка объяснения возникновения невырожденной генерации расщеплением контура усиления в фоторефрактивноМ кристалле с внешними пучками накачки при больших коэффициентах усиления (п. 3.3.2). Наряду с этим в [32, 33] был высказан ряд соображений о возможных факторах снятия вырождения, в частности, из-за неполного сопряжения встречных волн и отличия фазового сдвига решетки от стационарного значения тг/2. [c.210] 36] было обнаружено, что при формировании обращающего зеркала возможна конкуренция каналов обратной связи в кристалле, сопровождающаяся биениями частот генерации и самопульсацией ее интенсивности. Все это показывает, что природа эффекта самосвипирова-ния спектра генерации является достаточно сложной и требует индивидуального подхода к типу обращающего зеркала, нелинейной среде и свойствам лазера накачки. Необходимо также развитие более детальной теории смешения волн, в частности отказ от приближения плоских волн. [c.210] Лазеры на фоторефрактивных кристаллах, описанные выше, продемонстрировали целый ряд особенностей генераторов с комбинированной активной средой. Однако в силу большой инерционности отклика фоторефрактивных кристаллов их использование для лазерных систем с динамическими неоднородностями не представляется возможным. В этом случае требуются более быстродействующие среды. В 6.2 была описана лазерная система с обращающим зеркалом на парюс Na. Такая система обладает высоким быстродействием (верхняя граничная частота порядка 10 МГц), но ее применение ограничено узким спектральным диапазоном - полосой поглощения Na. С этой точки зрения тепловая нелинейность является универсальной. Использование ее оказывается возможным для широкого спектрального диапазона. Хотя смешение волн на средах с тепловой нелинейностью обеспечивает не очень высокие значения Rf случае гибридных лазерных систем этот недостаток компенсируется значительным усилением дополнительной активной среды. [c.210] После подачи излучения лазера генерация в кольцевом резонаторе возникала с задержкой 5 мс. Время релаксации записываемых решеток было порядка 10 мс. Пороговая энергия сигнала за время задержки составляла 15 мДж. Генерируемое излучение имело поляризацию в плоскости рисунка и развивалось на линии 10Р18. Это обусловлено большей прозрачностью I4 на этой длине волны. Максимальная энергия генерации составляла 0,3 Дж при длительности импульса 0,2 мкс. [c.211] Накачка активной среды АС осуществлялась отдельным источником с длительностью излучения 1 мс. Сигнальный пучок 3, когерентный с пучками накачьси, вводился внутрь резонатора по его оси через зеркало Зг и отверстие От в юстировочном экране Э. Пройдя кювету с нелинейной жидкостью, он частично отражался от ее задней полупрозрачной зеркальной стенки 3i, образуя пучок З. В результате четырехволнового смешения по попутной схеме возникал пучок 4, обращенный по отношению к сигнальному пучку 3. Для этого направления распространения четверки взаимодействующих пучков 1, 2, З и 4 выбирались такими, чтобы их волновые векторы лежали на конусе синхронизма (п. 1.1.3), показанном на рис. 1.36. [c.212] Генерация в лазере с обращающим зеркалом возникала лишь при подаче сигнального пучка, энергия которого могла достигать энергии пучков накачки. Импульс генеращ1И следил за импульсом накачки активного элемента при его сдвиге в пределах импульса накачки обращающего зеркала. Ширина спектра генерации лазера была уже, чем у спектра излучения накачки, и составляла 30 см . Интегральный коэффициент отражения обращающего зеркала в режиме генерации достигал 40% при энергии падающего на него излучения 4 Дж. Энергия генерации лазера, измеренная со стороны зеркала Зг, равнялась 5 Дж при энергии сигнального пучка, изменяющейся в пределах 0,03—0,3 Дж. [c.212] После создания обращающего зеркала генерация лазера продолжалась и при прерьшании сигнального пучка. При этом обращающее зеркало продолжало существовать более продолжительное время, чем время релаксации записанных в нелинейной среде голографических решеток, ответственных за возникновение обращенного пучка (время релаксации указанных решеток составляло примерно 30 мкс). Когда пороговое условие генерации еще выполнено, а сигнальный пучок прерван, обращающее зеркало поддерживается за счет отражения от зеркала Зг пучка, рожденного при дифракции пучков накачьси на записанных ранее решетках. [c.212] Следует обратить внимание на то, что энергия пучка, отраженного от обращающего зеркала, существенно превышает энергию пучков накачки. Это обусловлено тем, что пучок генерации, падающий на кювету, при дифракции на записанных в среде решетках приводит к рождению пучков накачки, которые в свою очередь обеспечивают возникновение обращенного пучка. При этом взаимодействие уже оказьшается не четырех-, а восьмипучковым и обращающее зеркало переходит в режим самооб-ращения и воспроизводит структуру входного сигнального пучка. [c.212] Динамический характер голограммы решает сразу обе проблемы, возникающие в традиционных лазерных резонаторах типа интерферометра Майкельсона автоматически согласует как продольные, так и поперечные моды. Кроме того, в описанной ситуации в плече 2 происходит обращение пучка, пришедшего со стороны зеркала Зз. [c.213] Описание генерации в такой системе должно включать насыщение активных сред в обоих плечах интерферометра. В простейшем случае, не учитывающем стоячий характер поля внутри активной среды, это нетрудно осуществить [40]. Если возможна запись как отражательных, так и пропускающих решеток, для описания четырехволнового смешения необходимо использовать решение уравнения (3.101), вьфажаемое в эллиптических функциях Якоби [41]. Однако если учесть только пропускающие либо только отражающие решетки, то полученные результаты будут отличаться от точного решения лишь количественно. [c.213] Кинетика генерации в описанной системе исследовалась экспериментально на неодимовом лазере, работающем в режиме свободной генерации по схеме рис. 6.11 [41]. В качестве нелинейной среды использовались поглощающие растворы с тепловой нелинейностью. Инициирование генерации в плече 2 осуществлялось за счет вынужденного температурного рассеяния и тепловой дефокусировки в направлении плеча 2 излучения, генерируемого в резонаторе 1. По достижении пороговых условий генерации в плече 2 его излучение начинает влиять на генерацию в резонаторе 1. Вначале возникает пичок сложной формы (тройной), затем постепенно исчезают пички с периодом следования исходной генерации в резонаторе 1 и устанавливается генерация всей системы с новым периодом следования пичков. Этот период близок к периоду следования пичков в резонаторе, образованном из плеча 2 путем установки в него зеркала З4 (рис. 6.11). [c.214] Следует отметить, что генерация системы в целом начинается на образующихся при вынужденном температурном рассеянии в нелинейной среде шумовых голограммах, из которых постепенно выделяются нужные, обеспечивающие оптимальное согласование плеч образующегося интерферометра Майкельсона. При этом происходит синхронизация пространственно-временных характеристик излучения двух связанных резонаторов. В эксперименте соотношение энергий излучения, падающего на зеркала З2 и З3, составляло 10 1. [c.214] Остановимся на наиболее важных результатах эксперимента. [c.215] Генерация в системе достигалась при отсутствии специальной частотной селекции излучения в резонаторе 1. Спектр излучения имел интегральную ширину 25 см и состоял из отдельных узких линий, В системе происходило полное согласование частотно-временных характеристик обоих плеч сложного резонатора. Период межмодовых биений задавался резонатором 1. В плече 2 происходила автоподстройка направления генерации при отклонении зеркала З3 на угол, лежащий в пределах угла видения плеча 2. В силу инерционности динамических голограмм при мгновенном отключении зеркала З3 излучение в его направлении продолжалось в течение промежутка времени, в несколько раз превышающего время релаксации динамических голограмм, т.е. наблюдался эффект самопод-держания голограмм. [c.215] Плечо 2 было нечувствительно к введению в него перед нелинейной средой оптических неоднородностей и неселективно по отношению к поперечной структуре поля. Помещение углового селектора перед зеркалом Зз позволяло получить практически дифракционную расходимость выходного излучения без существенного снижения энергии генерации в плече 2. [c.215] Вернуться к основной статье