Лазеры с переключением добротности

Метод модуляции добротности [22] позволяет получать лазерную генерацию в виде коротких импульсов (длительностью от нескольких наносекунд до нескольких десятков наносекунд) с высокой пиковой мощностью (от нескольких мегаватт до нескольких десятков мегаватт). Основная идея метода состоит в следующем. Предположим, что в резонатор лазера помещен затвор. Если затвор закрыт, то генерация возникнуть не может и инверсия населенностей может достичь значения, которое намного превышает пороговое, имеющее место в отсутствие затвора. Если теперь резко открыть затвор, то усиление в лазере существенно превысит потери и накопленная энергия выделится в виде короткого и интенсивного светового импульса. Поскольку при этом происходит переключение добротности резонатора от низкого к высокому значению, то данный метод называется модуляцией добротности. [c.284]

Для простоты ограничимся рассмотрением лишь активной модуляции добротности и в дальнейшем будем считать, что переключение добротности происходит мгновенно (быстрое переключение). С целью описания происходящих в лазере процессов можно снова воспользоваться уравнениями (5.18) и (5.24) соответственно для четырех- и трехуровневых лазеров. [c.296]

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]

Лазеры с непрерывной накачкой. Эти лазеры позволяют су щественно увеличить частоту следования импульсов (до нескольких десятков килогерц). Выражения (4.30) для основных энергетических и временных характеристик излучения также применимы для данного случая, так как они оперируют только с начальной и конечной относительными инверсиями населенности активной среды. При непрерывной накачке удобно измерять мощность накачки Рн и частоту переключения модулятора добротности /м, поэтому именно с этими параметрами необходимо связать указанные значения инверсной населенности. Вид связи существенно определяется частотой /м (или периодом / м) модуляции и может быть получен в простых выражениях для двух крайних случаев при малой частоте модуляции (/ m< 7 i) и при большой частоте [c.138]

Акустооптические модуляторы обладают следующими преимуществами будучи помещенными в резонатор, они вносят мало дополнительных потерь, а в импульсно-периодическом режиме могут работать в режиме с высокой частотой повторения импульсов (килогерцы). Однако они имеют весьма ограниченную величину потерь, вносимых в случае низкой добротности и, кроме того, небольшую скорость переключения добротности. Поэтому такие модуляторы применяются в основном в импульснопериодических лазерах с малым усилением и непрерывной накачкой (например, в непрерывных Nd YAG-лазерах). [c.292]

Важной особенностью поперечного однородного разряда является его низкий импеданс, что позволяет осуществлять быстрый ввод энергии накачки. Это обстоятельство играет существенную роль, так как для работы с высоким КПД требуется, чтобы интервал, в течение которого происходит возбуждение активных молекул, был бы мал по сравнению с временем жизни молекул СО2 в возбужденном состоянии. При атмосферном давлении указанное время жизни по порядку величины равно 10 мкс, и поэтому для достижения оптимального КПД при излучении гигантских импульсов желательно, чтобы возбуждающий импульс имел длительность порядка микросекунды. Дополнительное преимущество короткого времени возбуледения заключается в том, что такой способ позволяет получать от лазера на СО2 гигантские импульсы излучения, не прибегая к каким-либо внешним устройствам для переключения добротности. В лазерах с однородным поперечным разрядом при атмосферном давлении гигантские импульсы возникают автоматически в результате действия механизма переключения коэффициента усиления. [c.50]

Прежде чем завершить это общее рассмотрение модуляции добротности, уместно сделать два заключительных комментария. 1) Из вышеприведенного обсуждения ясно, что для осуществления модуляции добротности необходимо иметь достаточно большое время жизни верхнего лазерного состояния, чтобы инверсия населенностей могла достичь больших значений. Обычно время жизни должно быть порядка долей миллисекунды, что реализуется для переходов, запрещенных в электродиполь-ном приближении. Это имеет место для большинства кристаллических твердотельных лазеров (например, на кристаллах Nd YAG, рубина, александрита) и в некоторых газовых (в СОг- и йодном лазерах). Однако в лазерах на красителе и в некоторых газовых лазерах, имеющих важное значение (например, в Не—Ne-или аргоновом лазерах), лазерный переход является электроди-польно разрешенным и время жизни изменяется от нескольких наносекунд до десятков наносекунд. В этом случае метод модуляции добротности неэффективен, поскольку для накопления достаточно большой инверсии не хватает времени. Кроме того, если время жизни т сравнимо со временем tp, необходимым для достижения световым импульсом пикового значения, то значительная доля накопленной к моменту времени t = Q инверсии при > О будет потеряна на спонтанное излучение, а не давать вклад в вынужденное излучение. 2) Представленная на рис. 5.26 временная зависимость модуляции добротности предполагает, что затвор открывается мгновенно, как показано на этом рисунке, или по крайней мере очень быстро по сравнению с временем развития импульса tp (быстрое переключение). В случае медленного переключения могут возникать многократные импульсы (рис. 5.27). Каждый импульс образуется в тот момент времени, когда мгновенное значение усиления g[t) равно мгновенному значению потерь y t). После каждого импульса усиле- [c.286]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...