ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Принципы построения и оптические схемы мощных лазеров из "Лазеры на неодимовом стекле " Диафрагма пространственного фильтра может испытывать большие лучевые нагрузки. При образовании плазмы на ее краях опа может перекрывать проходящее через нее излучение, приводя к потерям энергии и укорочению импульса [53, 541. Время распространения плазмы, движущейся со скоростью Опл З-Ю см/с [54] через диафрагму с характерным размером d лi0,5 мм, равно около 1 не, что показывает важность этого эффекта. Перекрытие диафрагмы становится значительным при световой нагрузке на ее поверхности, превышающей 10 Вт/см . Например, при диаметре диафрагмы 0,5 мм такая нагрузка реализуется при мощности пространственных шумов около 2—5 ГВт. Снижение нагрузки можно обеспечить с помощью увеличения диаметра диафрагмы, а подавление ММС внутри полосы пропускания фильтра можно получить с использованием фазовых эффектов (см. 6.2). Аналогичным образом лучевая нагрузка снижается с увеличением фокусного расстояния линзы (/д / ), что, однако, приводит к возрастанию габаритов фильтра. Существенное снижение нагрузки в 40/ п0р) раз (О — диаметр пучка на линзе) получается при использовании цилиндрической фокусирующей оптики, а также при правильном выборе профиля и материала диафрагмы. Например, селекция возмущений может быть основана не на их поглощении, а на рефракции, если в качестве материала диафрагмы использовать сапфир или алмаз. [c.261] Габариты вакуумных пространственных фильтров — оптических ретрансляторов (ВПФ-ОР) увеличиваются с возрастанием диаметра пучка. Увеличение фокусного расстояния линз при этом вызывается не только желательностью снижения лучевой нагрузки на диафрагму, но и необходимостью снижения аберраций из-за возрастания светосилы линз. Однако для устранения аберраций этих линз при разумном фокусе 1—3 м и диаметре пучка в несколько десятков сантиметров приходится применять их асферизацию. [c.261] В современных лазерных системах общее усиление может достигать 10 —10 . Для того чтобы такая система не самовозбудилась до прихода сигнала с задающего генератора, усилительная система с помощью изоляторов-затворов расчленяется на ряд отдельных модулей или блоков, усиление в каждом из которых сравнительно невелико (10 —10 ). [c.261] Излучение мощного лазера воздействует на тот или иной объект (мишень), часто малоразмерный. Для сохранения такого объекта в целости перед приходом основного импульса энергия суперлюминесценции в ряде случаев не должна превышать 1 мДж, что приводит к необходимости обеспечивать контраст излучения, т. е. отношение энергии или мощности основного импульса и фонового излучения, на уровне 10 —10 . Ясно, что в длинной усилительной системе с большим усилением сделать это довольно трудно. Наконец, необходима защита усилительной системы от излучения, отраженного объектохм-мишенью (или образовавшейся плазмой) в обратном направлении. Это излучение, усилившись в сохранивших энергию усилителях, может привести к многочисленным разрушениям оптических элементов. [c.262] Для решения всех этих задач в усилителях используется целый ряд оптических изоляторов. [c.262] Как уже отмечалось, в ряде случаев изолятор-затвор должен обладать еще и свойством невзаимности, т. е. его характеристики при прямом и обратном проходах должны различаться. Наибольшее распространение в качестве таких элементов получили ячейки Фарадея, в которых используются магнитооптические стекла с большой постоянной Верде мин/(см-Э)). Сегодня затворы Фарадея имеют весьма внушительные световые апертуры. Так, например, наибольшая ячейка в лазерной системе Нова имеет световую апертуру 30 см при толщине стекла 2 см. Однако использование этих затворов имеет и свои недостатки, главный из которых — высокое энергопотребление. Так в системе Нова на питание ячеек Фарадея тратится около 10 % общей энергии. Кроме того, большой нелинейный показатель преломления, присущий магнитооптическим стеклам с высокой постоянной Верде, стимулирует развитие самофокусировки. [c.263] В том случае, если на выходе лазера осуществляется преобразование частоты излучения в высшие гармоники (2-ю, 3-ю и т. д.), то преобразователь из-за очень сильной зависимости эффективности преобразования от интенсивности излучения является хорошим изолятором для излучения суперлюминесценции. Он же эффективно защищает лазерную систему от отраженного мишенью или плазмой излучения, поскольку оно не усиливается в неодимовом стекле. [c.263] Наконец, развитие отраженного лазерного излучения в усилителях может быть подавлено, если запасенная в них энергия эффективно используется для усиления прямого пучка. В неодимовых лазерах это возможно.для плотностей энергии, значительно превышающих плотности энергии насыщения (20—60 Дж/см в зависимости от типа стекла), т. е. для длинных лазерных импульсов. Использование этих импульсов для усиления возможно совместно со схемами сжатия или мультиплицирования (см. ниже). [c.263] Оптимизация лазера относительно этого критерия является сложной задачей, зависящей не только от физических, но и от экономических показателей. Тем не менее рассмотрим некоторые пути оптимизации параметра 2. [c.263] Для реализации высокого значения Z в системах, ограничиваемых самофокусировкой, как уже отмечалось, предпочтительно использовать усилительные каскады с высоким коэффициентом усиления. Однако при реальных значениях ал 0,05—0,1 см 1 и длине активной среды в каждом усилительном каскаде /л 20—30 см энергосъем для импульсов короче 1 не не превышает 10%. Укорочением длины усилителя, конечно, можно поднять т), но при этом необходимо увеличить число пространственных фильтров и других устройств, контролирующих самофокусировку. [c.264] Минимизация числа таких устройств, а также число элементов, не принимающих непосредственного участия в усилении, также приводит к повышению 2. Аналогичным образом действует и уменьшение числа предусилителей, имеющих высокую стоимость, но вносящих небольшой вклад в общую энергетику. [c.264] Уменьшение апертуры выходных усилительных каскадов также приводит к увеличению стоимостной эффективности из-за повышения плотности запасенной энергии в таких усилителях и из-за уменьшения стоимости усилителей и других элементов [5]. Однако апертура элементов усилительной системы определяется лучевой стойкостью и не может быть уменьшена при фиксированной длительности импульса. Выбор оптической схемы мощ,ного лазера основывается обычно на принятии компромиссного решения, учитывающего все вышеназванные ограничения и соображения, затем он уточняется численным расчетом уравнений переноса типа (6.3). Необходимые оценки могут быть сделаны и с помощью формулы для интеграла распада. Мы пе будем описывать детали такого расчета (см., например, [5]), а рассмотрим различные варианты оптических схем мощных лазеров и пути их оптимизации. [c.265] Несмотря на высокие энергетические параметры излучения, полученные в оптических схемах прямого однопроходового усиления. [c.266] Вернуться к основной статье