ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Свободная генерация лазеров на неодимовом стекле из "Лазеры на неодимовом стекле " Решая кинетические уравнения, можно определить поведение во времени мощности генерации и инверсии. Для прямоугольного импульса пакачки их временной ход иллюстрируется рис. 5.1. Не вдаваясь в детали этого многократно описанного анализа (см., например, [4]), отметим лишь, что с задержкой времени в течение которого достигается пороговая инверсия, начинается линейный этап развития генерации, в конце которого (/=/тах) интенсивность излучения и примерно в 10 раз превышает уровень спонтанного излучения Ысп затем наступает нелинейный этап развития и генерации пичка излучения. [c.199] Спектральная неоднородность неодимового стекла вносит дополнительные особенности в динамику генерации, заключающиеся в некотором изменении частоты и затухания релаксационных колебаний, а также в многочастотном характере генерации. [c.201] Таким образом, твердотельный лазер, состоящий из активной среды и резонатора, является динамической системой, чрезвычайно чувствительной к возмущению его параметров. Это явление имеет и полезное применение, например, в модуляционной спектроскопии прп измерении слабых оптических эффектов, поскольку помещение исследуемой среды в резонатор с активной средой позволяет усилить эти эффекты па много порядков [12, 131. [c.201] Динамика развития гигантских импульсов может быть проанали- зирована с помощью системы балансных уравнений (с.м. гл. 2). Рас смотрим сначала мгновенное включение добротности. Процесс генерации гигантского импульса можно разбить на три этапа, подобных этапам развития пичка свободной генерации. На первом происходит накопление инверсной населенности до момента т==Т1, когда включается добротность резонатора. На втором этапе линейного развития генерации инверсная населенность остается постоянной, а плотность энергии излучения резко нарастает. Длительность этого этапа, равного времени задержки 4. когда плотность энергии нарастает по закону ы = оехр[0(/г—1)т], определяется формулой (2.82). При типичных для лазеров на неодимовом стекле параметрах 0 10 и в 10 1 имеем 4 100—150 не. Третий этап развития генерации заключается в высвечивании гигантского импульса. На этоМ этапе можно уже не принимать во внимание спонтанное излучение.-Выражения для мощности, энергии и длительности импульса генерации, полученные из балансных уравнений, приведены в п. 2.4.4. [c.202] Форма гигантского импульса зависит от превышения над порогом, что иллюстрируется на рис. 5.3. Вблизи порога импульс имеет симметричную форму. С увеличением превышения над порогом симметричность нарушается — передний фронт обостряется, а задний затягивается. [c.202] Инерционность включения оптического затвора сказывается на параметрах моноимпульса, если время его включения больше времени задержки генерации импульса при мгновенном включении добротности. При медленном включении добротности генерируется несколько импульсов. Первый из них возникает задолго до достижения максимальной добротности, вследствие чего он снимает лишь небольшую часть энергии, запасенной в активном элементе. Поскольку рост добротности продолжается, генерируется второй импульс, а за ним и последующие, пока инверсия не упадет ниже порогового уровня, соответствующего максимуму добротности. [c.203] В ряде применений лазерного излучения, таких как локация, связь, голография, высокоскоростная фотосъемка, требуется не один, а серия моноимпульсов. Генерация такой серии возможна путем управления добротностью резонатора [15, 161. Например, с помощью управляе.мого затвора можно модулировать потери резонатора с частотой / или периодом Т. При низких частотах модуляции порядка нескольких килогерц происходит насыщение инверсии для каждого из генерируемых и.мпульсов и параметры генерируе.мых импульсов аналогичны параметрам импульсов, получаемых при однократном включении добротности. С увеличением частоты следования инверсия населенностей не достигает своего насыщающегося значения, вследствие чего амплитуда импульсов постепенно уменьшается, а огибающая амплитуды повторяет вре.менной ход импульсов накачки. [c.204] Зависимость параметров генерируе.мого излучения от периода или частоты модуляции обусловлена взаимосвязью импульсов через инверсную населенность. С этим же обстоятельством связана стабильность генерации серии, т. е. минимальный интервал времени между генерируемыми импульсами, при котором импульсы идут еще без пропусков. Выражение для следующее из анализа устойчивости, совпадает с формулой (2.82) в гл. 2 для времени задержки генерации. Из этой формулы следует, что частота следования импульсов, генерируемых таким методом, ограничена на уровне несколько десятков килогерц. Отметим, что генерация серий импульсов возможна не только при активной, но и при пассивной модуляции добротности с помощью просветляющегося затвора с большим временем релаксации. Максимальная частота генерируемых при этом серий импульсов определяется превышением порога и составляет около 10 кГц [17, 181. [c.204] Повышение частоты следования импульсов в серии может быть получено с помощью использования так называемого режима разгрузки резонатора [191. В этом режиме модулируются не вредные, а полезные потери на вывод излучения из резонатора (применяется, как правило, поляризационный вывод). Исходный резонатор лазера, работающего в режиме разгрузки, обладает высокой добротностью. [c.204] А одулятор, формирующий выходной импульс, включается, когда резонатор уже заполнен фотонами. Вследствие этого существенно сокращается этап линейного развития моноимпульса и появляется возможность получения более высоких частот следования импульсов, достигающих единиц мегагерц. [c.205] Вернуться к основной статье