Модуляция добротности режимы генерации

Как нетрудно понять, изменение ориентации призмы изменяет добротность оптического резонатора. Поэтому описанный метод формирования коротких мощных импульсов получил наименование модуляции добротности оптического резонатора. Лазеры, работающие в таком режиме, называются лазерами с модулированной добротностью. Соответственно условия работы лазера с неизменной во времени добротностью называют режимом свободной генерации. [c.790]

Описанный режим, получивший название режима генерации сверхкоротких импульсов, реализуется во многих лазерах. Иногда он возникает самопроизвольно, но в этом случае расстояние между соседними импульсами всего в несколько раз больше их ширины. Для получения особо контрастных импульсов применяются специальные методы. Некоторые из них заключаются в периодической модуляции добротности резонатора (с периодом 2ис). В других методах генерация сверхкоротких импульсов достигается за счет введения внутрь резонатора специальных фильтров, коэффициент поглощения которых резко уменьшается при больших интенсивностях излучения (эффект насыщения, см. 224). [c.811]

Лазер на кристалле рубина работает обычно в импульсном режиме. Различают два режима работы рубинового лазера режим свободной генерации и режим с модуляцией добротности. Работа рубинового лазера в режиме свободной генерации продолжается до тех пор, пока интенсивность излучения импульсной лампы не станет слишком малой и уровень инверсной населенности не упадет ниже порогового. Обычно стандартные рубиновые кристаллы длиной в несколько сантиметров при диаметре 1 с.м позволяют получить в этом режиме полную энергию в импульсе излучения порядка нескольких джоулей. Длительность самого импульса генерации при этом измеряется миллисекундами и, следовательно, средняя мощность излучения генератора порядка нескольких киловатт. [c.283]

Принцип работы лазера в режиме модуляции добротности состоит в следующем. Допустим, что внутрь оптического резонатора помещен затвор. Если затвор закрыт, то генерация не возникает и, следовательно, инверсия населенности может достигнуть очень высокого значения. При достаточной мощности накачки на метастабиль-ном уровне можно накопить почти все частицы активного вещества. Однако условие генерации выполняться не будет, так как потери резонатора слишком велики. Если быстро открыть затвор, то усиление в лазере будет существенно превышать потери и накопленная энергия выделится в виде короткого интенсивного импульса света. Поскольку в данном случае добротность резонатора изменяется от низких до высоких значений, то такой режим называется режимом модуляции добротности резонатора. При быстром открывании затвора (за время, которое короче времени развития лазерного импульса) выходное излучение состоит из одного гигантского импульса. При медленном же открывании затвора может генерироваться много импульсов. [c.283]

Таким образом, до момента включения добротности инверсия населенностей N t) нарастает до максимального значения, а затем спадает. Добротность резонатора включается в момент времени, когда N t) становится максимальной ( = 0 на рисунке). С этого момента времени t > 0) начинает увеличиваться число фотонов, что приводит к возникновению импульса генерации, максимум которого имеет место в некоторый момент времени td после включения добротности резонатора. Увеличение числа фотонов приводит к уменьшению инверсии населенностей N t) от некоторого начального значения Ni (три = 0) до конечного значения Nf, которое достигается после того, как импульс генерации закончится. Разумеется, лазеры с модуляцией добротности и импульсной накачкой могут работать в режиме повторяющихся импульсов, причем частота повторения обычно колеблется от единиц до нескольких десятков герц. 2) Импульсно-периодический режим с модуляцией добротности при непрерывной накачке (рис. 5.33). Этот режим осуществляется при непрерывной накачке (со скоростью Wp) лазера и периодическом переключении потерь резонатора до низкого уровня. При этом выходное излучение лазера [c.295]

В отношении конструктивных особенностей лазеры на александрите похожи на Nd YAG-лазеры. Хотя александрит может также работать в непрерывном режиме, меньшее сечение делает более практичным импульсную генерацию с высокой частотой повторения импульсов в режиме либо свободной генерации (длительность выходного импульса порядка 200 мкс), либо генерации с модуляцией добротности (длительность выходного импульса порядка 50 не). Характеристики импульсного лазера на александрите, а именно зависимость выходной энергии от входной и дифференциальный КПД практически аналогичны характеристикам Nd YAG-лазера с теми же размерами активного стержня. Были достигнуты средние мощности порядка 100 Вт при частоте повторения импульсов порядка 250 Гц. Оказывается, что лазеры на александрите успешно применяются в тех случаях, когда необходимо получить излучение с А, ж 700 нм и высокой средней мощностью (например, при лазерном отжиге кремниевых пластин) или когда необходимо перестраиваемое по частоте излучение (например, при лазерном контроле загрязнения окружающей среды). [c.343]

К числу основных модулей относятся задающие генераторы с фиксированной длиной волны, выполненные на основе твердотельных или ионных лазеров. В последнее время особый интерес вызывают высокостабильные лазеры на гранате с неодимом, работающие в режиме активной синхронизации мод или в сдвоенном режиме — синхронизации мод и модуляции добротности. Преобразование частоты задающих генераторов, как правило с уменьшением длительности, осуществляется методами нелинейной оптики (генерация гармоник, параметрическое преобразование частот) или путем накачки перестраиваемых по частоте лазеров (на красителях, центрах окраски, полупроводниковых или ВКР лазеров). [c.240]

В зависимости от характеристик внешнего модулирующего воздействия на лазер реализуются следующие основные режимы генерации режим модуляции добротности, режим синхронизации мод, режим разгрузки резонатора, режим сдвоенной модуляции. [c.73]

Как ВИДНО из оценок, оптимальная прозрачность выходного. зеркала лазера с модуляцией добротности значительно больше, чем при свободной генерации и определяет основную часть общих потерь резонатора. Поэтому лазер с модуляцией добротности допускает помещение в резонатор дополнительных управляющих элементов без заметного снижения выходной мощности излучения. Приведенные оценки относятся к лазеру без диафрагмы в резонаторе, т. е. к многомодовому излучению. При выделении нулевой моды мощность падает в 3—5 раз. Источники накачки в рассматриваемом лазере должны работать в импульсном режиме, что ограничивает возможную частоту следования импульсов излучения, обычно на уровне не более нескольких сотен герц. [c.138]

Хотелось бы отметить одно важное обстоятельство, делающее данную книгу особенно ценной для советских читателей. Современная техника УКИ имеет дело с двумя основными классами лазеров. Первый — это твердотельные лазеры, работающие в режиме модуляции добротности. Второй — лазеры непрерывного действия на красителях. В лазерах первого класса лазер, по существу, при каждой вспышке лампы накачки проделывает полный цикл генерации от спонтанного шума до формирования цуга УКИ. Этот процесс формирования задается начальными условиями к моменту зажигания лампы, которые очень трудно достаточно точно контролировать. Поэтому лазерам этого класса присуща определенная нестабильность параметров, зато они довольно просты и позволяют получать энергии УКИ до 10 Дж. Лазеры второго класса работают с непрерывными источниками накачки и поэтому излучают непрерывный цуг УКИ. Разумеется, им также присуща определенная нестабильность. Но поскольку они излучают непрерывный цуг, имеется возможность сравнительно медленными обратными связями контролировать процесс генерации и получить УКИ с высокой воспроизводимостью параметров. Хотя энергия отдельного УКИ мала (типичная величина Дж), благодаря высокой частоте следования и стабильности можно применить мощные современные средства накопления и усреднения сигналов, добиваясь исключительной точности измерений. Это, пожалуй, основная причина того, что именно на лазерах этого класса получены самые впечатляющие результаты как по сокращению длительности, так и по применениям УКИ. Однако создание и запуск лазера второго класса составляют несравненно более сложную задачу, чем запуск первого. Немногие лаборатории располагают совершенными установками УКИ непрерывного режима. Авторы книги добились выдающихся успехов в развитии лазеров УКИ непрерывного действия на красителях, т. е. именно второго [c.6]

До сих пор мы описывали только процессы в лазерах, которые носят стационарный характер и при описании которых, следовательно, можно было пренебречь производными по времени в основных уравнениях. Ниже мы обсудим важнейший принцип генерации ультракоротких импульсов, а именно синхронизацию мод. Но предварительно в данном разделе остановимся на другом нестационарном режиме лазера — модуляции добротности. [c.89]

Нестационарный режим работы лазера, осуществляемый в отличие от чаще всего нежелательного режима релаксационных колебаний целенаправленно, достигается путем возможно более быстрого изменения добротности резонатора лазера (т. е. потерь) или усиления. Принцип модуляции добротности заключается в следующем. Внутри лазерного резонатора в качестве дополнительного элемента помещается оптический затвор. При закрытом затворе генерация не может начаться, и под действием накачки активной среды возрастает инверсия населенностей, значительно превышая порог генерации лазера без введения дополнительных потерь в резонатор. Если затвор откры- [c.89]

Более точно время когерентности лазера можно оценить, если картину размытия полос, сфотографированную в случае лазера с модуляцией добротности, сравнить с фотографией полос лазера, работающего в режиме свободной генерации положение зеркала интерферометра не должно меняться. [c.378]

Учитывая уникальность и метода и аппаратурной реализации ЛП-лидаров, дадим для иллюстрации краткое описание ЛП-ли-дара с твердотельным лазером на рубине и выносным зеркальным отражателем. Резонатор лазера образован диэлектрическим зеркалом и выходным зеркалом, роль которого выполняет торец линзы с диэлектрическим покрытием. Предусмотрена система вакуумирования до 10- тор и заполнения заданным газовым составом с регулируемыми парциальными давлениями газов активной части резонатора и полости телескопа. Лазер работает в импульсно-периодическом режиме с частотой 0,5 Гц, без модуляции добротности. Часть излучения выводится через зеркало резонатора с коэффициентом пропускания 1—2 % и поступает на систему регистрации. В лидаре предусмотрены отображение на осциллографе кинетики мощности лазерной генерации, а также регистрация тонкой структуры спектра лазерной генерации с по- [c.216]

В настоящем пособии с единой точки зрения рассмотрены все основные режимы работы лазера (непрерывной и свободной генерации, модуляции добротности и синхронизации мод) и отражены важнейшие достижения в области физики лазеров последнего времени (в частности, достигнуты значительные успехи в управлении спектральным составом лазерного излучения, созданы лазеры с програм-мно-перестраиваемой длиной волны как в статическом, так и в динамическом режимах). [c.4]

В отличие от отрицательной положительная обратная связь не приводит к стабилизации стационарной генерации. Однако ее введение позволяет получать так называемые гигантские импульсы с высокой пиковой мощностью в режиме модуляции добротности, когда [c.202]

Выше отмечалось, что при пассивной модуляции длительность этапа линейного развития генерации оказывается примерно на порядок больше, чем при активной модуляции. Это связано с тем, что при активной модуляции добротности процесс генерации на линейном этапе развивается фактически в условиях низких потерь в резонаторе (в случае быстрого включения добротности), тогда как при пассивной модуляции процесс генерации на линейном этапе развивается в условиях вьюоких ттерь. Указанное различие двух рассматриваемых режимов генерации гигантских импульсов хорошо видно на рис. 3.46, где сопоставляются зависимости М () и Л ор (О Для каждого режима (а — режим активной модуляции при быстром включении добротности, б — режим пассивной модуляции). Физически ясно, что быстрое уменьшение потерь при активной модуляции добротности облегчает (ускоряет) развитие генерации, что и проявляется в сокращении (по сравнению со случаем пассивной модуляции) длительности линейного этапа. [c.373]

Сокращение длительности импульсов генерации до 10 —10 с и меньше позволяет повысить выходную пиковую мощность генератора до 10—1000 МВт и больше. Такие короткие мощные импульсы (гигантские импульсы) получаются в лазере, если он работает в режиме с управляе.мой добротностью резонатора (модуляция добротности ). [c.283]

Неорганические жидкостные лазеры. Активные среды неорганических жидкостных лазеров представляют собой растворы соединений TR +-hohob в неорганических растворителях сложного состава. Лазерный эффект достигнут пока только для ионов Nd + (табл. 34.8). Генерация идет по четырехуровневой схеме на переходе / 3/2— - Ai/2 с поглощением света накачки собственными полосами поглощения Nd +. Неорганические жидкостные лазеры могут работать с циркуляцией рабочего гещества, дают высокие значения выходной мощности. Эти лазеры работают как в режиме свободной генерации, так и с модуляцией добротности. [c.948]

В режиме свободной генерации длительность импульсов излучения составляет 0,1—10 мс, энергия излучения в схемах усиления монщости достигает многих кДш. Характерная длительность импульсов включаемой добротности составляет ок. 10 нс при использовании для модуляции добротности эл.-оятич. устройств. На рис. 2 приведена схема Н. л. с модулиров. добротностью. Характерная энергия лазерного генератора такого типа составляет 1—2 Дж. [c.320]

В импульсных С. источником излучения обычно являются твердотельные. и полупроводниковые лазеры, работающие в ближнем ИК-диапазоне (0,8- -1,06 мкм), излучение к-рых формируется в виде коротких импульсов. Медленно меняющиеся расстояния измеряются с помощью одиночных импульсов при. быстро меняющихся расстояниях применяется непрерывно-импульсный режим излучения. Твердотельные лазеры допускают частоту следования импульсов излучения до 50—100 Гц, полупроводЕШКОвые — до 10 —10 Гц, Короткие импульсы (20—40 нс) твердотельных лазеров формируют в режиме модуляции добротности с помощью различного рода оптических затворов. В полупроводниковых лазерах генерация коротких импульсов мощностью до сотен Вт осуществляет- ся путём формирования коротких импульсов тока накачки. [c.464]

Развитие полупроводниковых лазеров сделало Tiep neK-тивным использование их для накачки Т. л. Полупроводниковые лазеры (ПЛ) на основе монокристаллов арсенида галлия путём изменения состава позволяют получать генерацию в области 0,75 -н 1 мкм, что даёт возможность эффективно возбуждать генерацию на ионах Nd , TnT , Но , и Yb [5]. Накачка излучением ПЛ является близкой к резонансной, что в значит, степени снимает проблему наведённых термич. искажений в АЭ и позволяет относительно легко достигать предельно высокой направт jrenHo TH лазерного пучка. Получена непрерывная генерация на ионах Но (> г 2,) мкм), Тт (Х, 2,3 мкм), Ег (Я, 2.9 мкм), а также на разл. переходах ионов Порог генера1ши по мощности накачки в нек-рых случаях составляет единицы милливатт. Так, напр., порог генерации на ионах Но " в кристалле ИАГ—Тш —Но равен 4 МВт, а порог генерации на осн. переходе ионов N d в стекле не превышает 2 мВт. На целом ряде кристаллов с неодимом получена генерация второй гармоники. На осн. переходе неодима реализованы режимы модуляции добротности и синхронизации мод. Общий кпд неодимового непрерывного лазера с накачкой излучением ПЛ на длине волны генерации 1,06 мкм достигает 20%, [c.50]

Лазеры на красителе работают либо в импульсном, либо, если выполняется условие (6.19), в непрерывном режиме. Лазерная генерация в импульсном режиме получена на большом числе различных красителей, причем для накачки применялись как импульсная лампа с коротким импульсом (при длительности переднего фронта <С 1 мкс), так и лазер, генерирующий короткие световые импульсы. В обоих случаях короткие импульсы необходимы для того, чтобы обеспечить генерацию до того, как в триплетном состоянии накопится существенная населенность, и до появления градиентов показателя преломления в жидкости. При накачке импульсной лампой можно применять эллиптический осветитель или осветитель с плотной упаковкой (см. рис. 3.1,6 и в). Чтобы обеспечить лучшую однородность накачки, а отсюда и более симметричные градиенты показателя преломления, применяют также и спиральные лампы в конфигурации, аналогичной рис. 3.1, а. Для лазерной накачки часто применяют азотный лазер, УФ-излучение которого подходит для накачки многих красителей, генерирующих в видимой области спектра. Для получения больших энергий и средних выходных мощностей для накачки УФ-излучением все чаще применяют более эффективные эксимерные лазеры (в частности, KrF и XeF), в то время как для красителей с длиной волны излучения более чем 550—600 нм предпочитают использовать вторую гармонику Nd YAG-лазера в режиме модуляции добротности (Х = 532нм), а также зеленое или желтое излучение лазера на парах меди, [c.393]

По тем же причинам, что и в ряде других разделов, ограничимся рассмотрением режима генерации без хмодуляпии добротности в условиях постоянной накачки. Отметим, что именно в этом сл> ае правильный выбор параметров резонатора оказывается наиболее важным при модуляции добротности на первое место выходят тип и характеристики затвора, а также то, какие меры приняты для борьбы с суперлюминесценцией (см. далее) [c.188]

В подавляющем большинстве этих экспериментов для реализахщи ОВФ используется так называемое четырехволновое взаимодействие. За подробностями отошлем к [76, 99], отметив, что вместо динамических аберраций в активной среде обычных лазеров здесь основным источником неприятностей становятся снижающие точность обращения процессы в нелинейной среде узла ОВФ. По этой при шне реализовать работающий в режиме свободной генерации (без модуляции добротности) твердотельный импульсный лазер с ОВФ-зеркалом пока удалось только М.С. Соскину и др. [114] при использовании предложенной нами в [66] схемы четырехволнового взаимодействия с автокомпенсацией макронеоднородностей в нелинейной среде. [c.252]

Дальнейшее улучшение генерационных характеристик лазера на гранате с двойной модуляцией достигается за счет введения электронного управления добротностью резонатора и специального выбора режима работы [8] (рис. 6.5). Предварительное формирование временной структуры излучения производится в условиях низкой добротности резонатора, а затем, при резком увеличении добротности, происходит быстрое развитие цуга генерации. Электронная система обратной связи обеспечивает скачкообразный рост добротности резонатора в промежутке между пичками предварительной генерации. При оптимальном значении длительности свободной генерации 100 мкс формировались цуги спекгрально-ограниченных импульсов с длительностью 35 ПС, пиковой мощностью свыше 1 МВт (при частоте следования 1 кГц) и уровнем флуктуаций энергии не более 5 %. Частоту повторения цугов v можно варьировать в ингервале от единиц до десятков килогерц. Авторы [8] отмечают, что при использовании специальных режимов модуляции добротности частоту можно увеличить до сотен килогерц. [c.245]

Система уравнений (4.2)—(4.6) может быть использована для анализа многомодового режима как при пассивной модуляции добротности, так и при свободной генерации. Для этого следует лишь отбросить уравнение (4.5) и последний член в уравнении (4.6). Ниже будут изложены результаты численного исследования системы уравнений, аналогичной системе (4.4)—(4.6), но несколько упрощенной вследствие использования предположения о том, что внутри резонатора могут существовать только продольные моды (поперечный индекс опущен) и неоднородность продольного распределения плотности мод в резонаторе не учитывается ( F и приняты равными единице). Поскольку контур линий усиления в активной среде чаще всего может быть аппроксимирован лорен-цовской (однородное уширение — рубин, гранат и другие кристаллы) или гауссовской (стекла) зависимостью, имеющей максимум в центре линии усиления, а спектральные кривые поглощения фототропных веществ — некоторой линейной зависимостью с углом наклона, различающимся для разных красителей и рас- [c.180]

Если учесть, что в процессе генерации в режиме пассивной модуляции добротности формируется не один моноимпульс, а несколько или даже последовательность импульсов, то при определении полной энергии и эффективной генерации необходимо учитывать вбв генерируемые импульсы. Общее выражение для [c.226]

Одномодовые по поперечным индексам лазеры способны гене рировать во iB ex основных временных режимах генерации. Много модовые лазеры на практике могут генерировать лишь в двух ос Бовных режимах свободной генерации и модуляции добротности В остальных режимах генерация многомодовых лазеров из-за су щественно неэквидистантности спектра излучения практически не осуществима. [c.73]

Осуществить это легко с помощью выражения (i2.34), KOToipoe юпределяет пороговое значение энергии накачки импульсного лазера СО свободной генерацией. Применимость этого выражения для лазера с модуляцией добротности достаточно очевидна. Дело ъ том, что в обоих режимах генерации пороговое условие одинаково к концу импульса накачки в активной среде должна быть -создана пороговая инверсная населенность Л/ р.пор, соответствующая потерям излучения в резонаторе на элементах и выходном зеркале (модулятор добротности к концу импульса выключается). Поскольку в лазерах с модуляцией добротности выполняется н<.Ти то функция Пренебрегая малой критической [c.136]

Модуляция добротности осуществляется фототропным затвором 7, представляющим собой кювету толщиной 3 мм с раствором криптоцианина в метаноле. При работе в частотном режиме применяют магнитную мешалку, восстанавливающую оптическую однородность раствора красителя за период между импульсами генерации. [c.154]

От этих недостатков свободны методы голографической интерферометрии с импульсными лазерами, работающими в режиме свободной генерации или с модуляцией добротности. В случаях, когда исследуемые деформации велики и процесс быстропротекающий, может быть использована дифференциальная интерферометрия с помощью двухимпульсного лазера, позволяющая определить перемещения в течение некоторого интервала времени между парой импульсов (обычно от единиц до сотен микросекунд). Двухимпульс-ный голографический интерферометр не требует специальной виброизоляции оптической системы. Однако, чтобы проследить за развитием процесса перемещения отдельных точек конструкции, необходимы многочисленные повторные эксперименты с различным временем задержки и точной временной привязкой. Это существенное ограничение устраняется в случае применения киноголографи-ческой установки для съемки с частотой несколько десятков кадров [c.172]

Поляризационные характеристики излучения лазеров с пространственно однородной анизотропией. Отметим, что матричный метод, позволяя довольно просто определить собственные поляризации анизотропных резонаторов, не дает ответа на вопрос о том, какое состояние будет иметь излучение, реально генерируемое лазером (точно так же, как знание распределения амплитуд и фаз мод пустого резонатора не позволяет еще судить о расходимости света, испускаемого лазером). В связи с этим прежде чем перейти к рассмотрению лазеров с неоднородной анизотропией резонаторов, нужно остановиться на результатах экспериментального определения поляризационных характеристик излучения однородно-анизотропных лазеров. Экспериментальное исследование поляризационных характеристик таких лазеров часто осложняется тем, что при малой величине амплитудной анизотропии (и произвольной величине фазовой), когда разница потерь мод, связанная с поляризационной анизотропией, мала или вовсе отсутствует, генерируется смесь собственных поляризаций. Излучение при этом оказывается квазинеполяризо-ванным и разделить его на составляющие довольно сложно. Отметим, что можно добиться весьма сильной дискриминации по потерям мод, входящих в генерацию, при работе лазера в режиме пассивной модуляции добротности. Наряду с известным [c.93]

Видно также, что во всем диапазоне варьирования длительностей импульсного лазерного излучения (от режима модуляции добротности (т 10 с) до режима свободной генерации (Тл 10" с)), ограничиваясь не очень большой интенсивностью излучения (для которой и построена данная модель), нельзя достигнуть заметной глубины испарения, которая всегда меньше или равна 0,1. мм. Этот вывод хорошо нодтверждается всей совокупностью экспериментальных данных [7—9. [c.240]

В пособии рассмотрены основные физические представления о процессах формирования лазерного излучения, параметрах, влияющих на работу лазера и характер его излучения. Книга вводит читателя в основные проблемы лазерной спектроскопии. С единой точки зрения на основании балансных уравнений изложены режимы непрерывной и свободной генерации, модуляции добротности и синхронизации мод лазера. Рассмотрена специфика работы ряда конкретных типов классических лазеров оптического диапазона, в частности лазеров с перестраиваемой длиной волны излучения и свип-лазеров. Материал пособия изложен таким образом, что не требует обращения к дополнительной литературе. [c.2]

Такой режим работы лазера называется режимом генерации с модуляцией добротности, или режимом Q-мoдyля-ции, или генерации с управляемой добротностью, или генерацией гигантских импульсов (ГИ). [c.175]

Различают три режима генерации свободная генерация, генерация моноимпульса при модуляции добротности резонатора и синхронизация аксиальных мод. Наибольшая длительность генерируемых лазерами на неодимовом стекле импульсов ограничивается обычно на уровне десятков миллисекунд процессами тепловыделения. Использование термостойкого стекла позволяет получать генерацию и в непрерывном режиме [1]. При синхронизации аксиальных мод лазеры на неодимовом стекле генерируют импульсы длительностью порядка 1 ПС. Режим модуляции добротности позволяет получать импульсы длительностью 1—100 не. Управление добротностью резонатора также дает возможность генерировать не только одиночные импульсы (моноимпульсы), но и серии импульсов. [c.198]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...