ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Усиление сверхкоротких импульсов из "Физика мощного лазерного излучения " Применение сверхкоротких лазерных импульсов, как правило, невозможно непосредственно на выходе генератора из-за их малой мощности -требуется их предварительное усиление. При этом необходимо принимать во внимание соотношение спектральной ширины сверхкоротких импульсов и ширины полосы усиления Асо предельная дрштельность усиливаемого импульса не может быть меньше Асо . [c.58] Практическое применение получили три типа усилителей на красителях, на стекле с неодимом и на эксимерах. Усилители на красителях обладают широкой полосой усиления — Асо/2яс 10 см , и в них возможно усиление импульсов предельно малой длительности. В усилителях на стекле и эксимерах Асо/2яс 10 см и минимальная длительность усиливаемого импульса имеет порядок 100 фс. Для спектроскопических применений обычно достаточно энергии в импульсе порядка десятков нано джоулей. Коэффициент усиления должен составлять 10 —10 . В случае когда требуется получение сверхсильных полей, на первый план выступает такая характеристика усилителя, как плотность энергии насыщения рабочего перехода (см. (1.3.11)). С этой точки зрения преимущество имеют твердотельные усилители (для стекла 1 Дж/см ) и усилители на эксимерах, для которых Дж/см , зато апертура усиливаемого пучка в последнем случае может быть сделана большой. [c.58] Рассмотрим более подробно основные параметры используемых на практике усилителей. Усилители на красителях являются наиболее эффективными в видимом диапазоне длин волн. Основными источниками накачки таких усилителей служат вторая гармоника твердотельных лазеров, эксимерные лазеры и лазеры на парах металлов. [c.58] Описанный выше усилитель работает с малой частотой повторения (10 Гц), осуществляя, по сути, выделение отдельных импульсов из цуга генерации задающего лазера на красителе. Хорошо зарекомендовали себя многопроходные струйные усилители на красителе [23]. Для их накачки используются лазеры на парах меди, генерирующие импульсы накачки длительностью 10—20 не с килогерцевой частотой повторения и средней мощностью порядка 10 Вт. В экспериментах по усилению фемтосекундных импульсов лазеров на красителе после шести проходов достигнута энергия 10 мкДж (коэффициент усиления 10 ) при частоте повторения 6,5 кГц. [c.59] На рис. 1.22 показана схема экспериментальной установки, для генерации мощных пикосекундных импульсов, в состав которой входит квази-непрерывный лазер на М(1 УАС с активной синхронизацией мод, одномодовый волоконный световод (длина 1,4 км, диаметр сердцевины 9 мкм), регенеративный усилитель на стекле с неодимом и двухпроходный решеточный компрессор [24]. При самовоздействии в световоде длительность импульса задающего генератора возрастает со 150 до 300 пс, а ширина спектра увеличивается до 5 нм. [c.59] Частотно-модулированные импульсы инжектируются в регенеративный усилитель на стекле с неодимом. В резонатор усилителя помещены пластинка Х/4 и ячейка Поккельса, служащая для вывода усиливаемого импульса из резонатора после нескольких десятков проходов. Энергия усиленного импульса, имеющего линейную частотную модуляцию, достигает 2 мДж. Затем он поступает в решеточный компрессор и сжимается до 1,5 ПС. За счет введения дополнительных каскадов усиления энергию импульса удается довести до 1,3 Дж. Пиковая мощность такого импульса достигает значения 0,6 -10 Вт. При этом импульс обладает высокой пространственной когерентностью, что позволяет сфокусировать его в пятно, диаметр которого превышает дифракционный предел только в два раза, и получить интенсивность до 10 Вт/см . [c.59] Особый интерес в связи с фундаментальными приложениями в лазерной фотохимии, физике плазмы и конденсированных сред представляет проблема получения мощных фемтосекундных лазерных импульсов в УФ диапазоне. Основной путь решения этой проблемы основан на удвоении частоты лазеров на красителях и их последующем усилении в экси-мерных усилителях. [c.60] Трудности в прямой генерации коротких лазерных импульсов с помощью активной или пассивной синхронизации мод эксимерных лазеров связаны с малым временем существования инверсии в активной среде (10 —10 с), что резко ограничивает число проходов излучения по резонатору. [c.60] К настоящему времени минимальная длительность импульсов, полученная в режиме активной синхронизации мод эксимерного лазера, составляет 120 ПС [25]. [c.60] Весьма важно и то обстоятельство, что при переходе от пикосекундного к фемтосекундному диапазону длительности усиливаемых импульсов энергия насыщения эксимерных усилителей возрастает (в усилителе на ХеС1 более чем в два раза при сокращении длительности импульса от 6 пс до 350 фс [26]). [c.61] Сорокин с сотр. [27] использовали в качестве задающего лазер на красителе, синхронно накачиваемый аргоновым лазером с последующим сжатием, удвоением по частоте. Сформированные затравочные импульсы усиливались в двухкаскадном усилителе на ХеС1 до энергии 10 мДж. Длительность выходных импульсов составляла 350 фс, пиковая мощность — 30 ГВт. [c.61] Роудс и др. [28] выбрали в качестве задающего генератора квази-непрерывный лазер на Ыс1 АС с активной синхронизацией мод, который после удвоения частоты накачивал лазер на красителе с пассивной синхронизацией мод. После сжатия и усиления в двухкаскадном усилителе на красителе, накачиваемом второй гармоникой лазера на Ыс1 ЛС с модулированной добротностью, импульсы имели длительность 210 фс и энергию 130 мкДж. Затем они каскадно утраивались по частоте и усиливались в двух усилителях на КгР. На выходе получались импульсы на длине волны 0,248 мкм с длительностью 220 фс и энергией 20 мДж, что соответствует пиковой мощности 100 ГВт. [c.62] В лаборатории Нелинейной оптики Московского университета [26 создана фемтосекундная лазерная система УФ диапазона, в которой задающим является мощный твердотельный лазер на УЛЮз N(1 с пассивной синхронизацией мод и электронным управлением добротностью резонатора (рис. 1.23). [c.62] Такой принцип построения фемтосекундной эксимерной системы позволяет иметь мощные пикосекундные импульсы ИК диапазона, синхронизованные с пико- и фемтосекундными импульсами видимого и УФ диапазонов. Вторая гармоника задающего лазера использовалась для синхронной накачки лазера на красителе. [c.62] Фундаментальные физические приложения сверхмощных источников фемтосекундных УФ импульсов связаны с изучением поведения вещества в предельно сильных полях с напряженностью, превышающей внутриатомную 10 В/см). [c.63] Для эксимерных лазерных систем реально достижимым в скором будущем уровнем энергии можно считать энергию порядка 0,1 Дж при длительности 300 фс. [c.63] Сводка современных достижений и перспектив развития техники генерации сверхсильных световых полей с помощью фемтосекундных лазерных систем УФ, видимого и ИК диапазонов приведена в табл. 1.1 [7]. [c.63] Вернуться к основной статье