Импульсы накачки

На рис. 11 представлены осциллограммы импульса накачки и излучения рубинового генератора. [c.25]

Рис. 11. Осциллограммы импульса накачки и излучения рубинового лазера

Обычно при работе лазера в импульсном режиме с того момента, как излучение лампы накачки доведет инверсию до порогового значения, начинается генерация. Поэтому величина инверсии ограничивается конкуренцией двух процессов, интенсивностью накачки и генерацией. Можно было бы получить значительно большую разность населенностей, если бы генерация не возникла до тех пор, пока не будет достигнута максимальная перенаселенность, Это условие может быть выполнено при уменьшении добротности резонатора в течение действия импульса накачки до таких значений, когда пороговые условия возникновения колебаний не будут выполняться. Тогда в процессе накачки число возбужденных атомов возрастет до некоторого значения N, значительно превышающего пороговое значение. Если затем, по окончании действия накачки, произвести мгновенное уменьшение потерь резонатора, то это приведет к возникновению колебаний при зна- [c.29]

При создании Н. л. реализованы все характерные методы управления параметрами лазерного излучения, разработанные квантовой электроникой. В дополнение к т. н. свободной генерации, продолжающейся в течение практически всего времени существования импульса накачки, широкое распространение получили режимы включаемой (модулированной) добротности и синхронизация (самосинхронизации) мод. [c.320]

Ряс. 4. Схема поведения стоксовой волны I Ас I и молекулярных колебаний в различных сечениях комбинационно-активной среды для прямоугольного импульса накачки Ан . [c.339]

Из формулы (15.63) следует, что при коротких лазерных импульсах накачки можно положить [c.214]

Собственно говоря, для работы лазера необходимо, чтобы достаточно коротким был фронт импульса накачки, при этом лишняя энергия накачки уйдет на нагрев активной ср еды. Это не всегда плохо именно таким образом работают многие конструкции лазеров на парах металлов, где длительный (1—5 мкс) импульс электрической накачки вызывает своим фронтом короткий (10—50 не) импульс генерации, а остальная энергия служит для поддержания рабочей температуры (1500—1650 С) в трубке. — Прим. перев. [c.246]

Модуляция усиления, как и модуляция добротности, является методом, позволяющим генерировать лазерные импульсы короткой длительности (обычно от нескольких десятков до нескольких сотен наносекунд) и высокой пиковой мощности. Однако в отличие от модуляции добротности, при которой потери резко переключаются до низкого уровня, при модуляции усиления резко переключается усиление до высокого уровня. Модуляция усиления осуществляется с помощью столь короткого импульса накачки, что инверсия населенностей, а следовательно, и усиление начинают заметно превышать пороговые значения [c.303]

Поэтому длительность импульса накачки должна быть приблизительно равна этому времени нарастания. В рассмотренных нами условиях максимальное значение инверсии может в 4— 10 раз превосходить пороговое значение, поэтому возможна генерация лазерного импульса высокой пиковой мощности и малой длительности. [c.305]

Наиболее распространенным примером лазера с модуляцией усиления является TEA (лазер с поперечным возбуждением при атмосферном давлении, см. разд. 6.3.11) СОг-лазер, накачиваемый электрическими импульсами. Выбирая обычную длину резонатора L = м, коэффициент пропускания выходного зеркала 20 % и предполагая, что внутренние потери связаны только с пропусканием зеркала, получаем у ж 0,1 и Те = L/ y л 30 нс. Если считать, что время установления ядерной генерации в десять раз больше Тс, то длительность лазерного импульса должна быть порядка 300 не, что соответствует экспериментальным данным. Наконец, заметим, что в принципе любой лазер может работать в режиме модуляции усиления, если импульс накачки достаточно короткий и интенсивный, как, например, при накачке другим лазером. В качестве примеров упомянем лазеры на красителе с накачкой короткими ( 0,5 не) импульсами азотного лазера, работающего при атмосферном давлении, или полупроводниковые диодные лазеры, накачиваемые очень коротким 0,5 не) импульсом тока. [c.305]

Модуляционная неустойчивость, вызванная ФКМ. недавно наблюдалась. В эксперименте [60] вторая волна создавалась непосредственно в световоде за счет ВКР излучения накачки (длина волны накачки 0,53 мкм). Хотя и импульсы накачки, и импульсы ВКР распространялись в области положительной дисперсии световода, в их спектрах образовывались боковые спектральные компоненты на расстоянии 2-10 ТГц в зависимости от мощности накачки и длины световода. Этот эксперимент подробнее рассмотрен в разд. 8.3.2. В другом эксперименте [61] использовалась конфигурация сигнал-накачка, так что импульсы накачки на длине волны 1,06 мкм [c.196]

Рис. 7.11. Оптические спектры (левая колонка) и индуцированные ФКМ фаза и сдвиг частоты (правая колонка) для сигнального импульса, распространяющегося вместе с импульсом накачки, движущимся быстрее сигнального. Форма сигнального импульса показана штриховой линией. Три ряда соответствуют начальной задержке импульса = О, 2 и 4 соответственно. Другие параметры = 40. L L = 4.

Из уравнения (7.4.15) следует, что индуцированный ФКМ сдвиг частоты сигнала может значительно варьироваться, если и 5 имеют противоположные знаки. В результате спектр сигнального излучения может иметь качественно различные особенности в зависимости от относительной величины и 5. Рассмотрим случай, когда импульс накачки распространяется быстрее сигнала (5 < 0), но вначале он задержан (т 0). На рис. 7.11 показаны спектр сигнального излучения, фаза и сдвиг частоты Avj при 5 = — 4 и = О, 2 и 4. Длина световода L и пиковая мощность излучения накачки Р2 выбраны так, что 71 2 = 40 и L/L = 4. Для примера 10-пико- [c.202]

МОЖНО возбуждать раствор красителя очень короткими лазерными импульсами. Допустим, что длительность импульса порядка 10 с, а вероятность перехода 51- -71 меньше 10 —10 с. В этом случае импульс накачки настолько кратковремен, что переходы 51- -7] не успевают произойти, частицы в системе уровней Т не накапливаются, в веществе образуется только кратковременное усиление в канале 51- -5о. [c.294]

Характер изменения энергетических характеристик может быть объяснен изменениями коэффициента отраншния ДОСП в различных областях спектра при малых и средних дозах облучения D 10 Р) сильно уменьшается величина р в УФ-области спектра при сохранении первоначальных величин р в видимой и ИК-областях тем самым уменьшается вредное воздействие на активный элемент покрытия УФ-компонент излучения накачки, приводягцее к образованию в активном материале во время импульса накачки короткоживущих центров поглощения и возрастанию потерь на длине волн генерации [5]. Уменьшение неактивных потерь приводит к росту энергии импульса. При больших дозах -облучения происходит уменьшение величины р в видимой и ИК-областях, что уменьшает выходную энергию отражателя. [c.98]

Рис. 2. Преобразование длинных импульсов накачки в короткие стоксовы импульсы временная KOMnp MJi) во встречном комбинационном усилителе с насыщаю щим внешним сигналом.

Двигаясь со скоростью и,, в возбуждёхшой среде на встречу импульсу накачки (рис. 2, б), короткий стоксов импульс перекачивает в себя зиачит. часть её энергии (фотоны накачки переходят при рассеянна в стоксовы фотоны). В результате мощность стоксова импульса может многократно превзойти иервонач. мощность накачки (рис. 2, в). [c.422]

Импульсные газоразрядные СО2-Л. работают при повышенном давлении рабочей смеси (обычно атмосферном), но генерация получена и при давлениях в несколько десятков атмосфер. Разработаны методы, позволяющие поддерживать устойчивое горение тлеющих разрядов в больших объёмах при новышениом давлении. Существует множество вариантов методов возбуждения, но все они могут быть отнесены к одному из двух типов разрядов. В первом из них в объёме разряда УФ- или ректг. излучением создаётся нач. концентрация электронов порядка —Ю см . Затем прикладывается электрич. поле, достаточное для лавинной ионизации молекул. Она продолжается до тех пор, пока не будет достигнута концентрация электронов, при к-рой разряд переходит в стадию квазистационарного горения. На этой стадии происходит осн. вклад энергии. По своему пину такой разряд относится к самостоятельным. Второй тип разряда — несамостоятельный. Он протекаег при условии, что пучком электронов с энергией 100—300 кэВ в объёме создаётся и поддерживается в течение всего импульса накачки концентрация электронов 10 —И) см . Энергия в разряд вкладывается за счёт внеш. электрич. поля, не достаточного для ионизации молекул. К преимуществам этого метода относятся возможности выбора оптимальной величины электрич. поля для колебат. возбуждения азота и антисимметричной моды, оптимального (по энергии излучения) состава рабочей смеси и возможность регулировки длительности импульса в широких пределах. Недостатки—сложность установки в изготовлении и эксплуатации, её высокая стоимость. [c.444]

Большинство твердотельных лазеров работает в режиме импульсного возбуждения, продолжающегося, как правило, <1 мс, и при отсутствии специальных мер имеет специфический, так называемый пичковый режим генерации. Несмотря на непрерывное в течение всего светового импульса накачки с интенсивностью / (рис. 5.3, а) возбуждение, излучение лазера (рис. 5.3, в) появляется через некоторое время задержки и имеет вид отдельных пичков с характерной длительностью мкс [c.170]

Ограниченные размеры кристалла, естественно, определяют энергетические возможности рубиновых лазеров. Предельную энергию генерации в режиме с модулированной добротностью можно сравнительно просто оценить, полагая, что все активные ионы возбуждены к началу импульса излучения. Тогда энергия в импульсе VNoho) 10-10 3 Дж. Реальные значения энергии излучения в режиме модулированной добротности составляют 1Дж при длительности импульса 30 НС. Рекордные значения энергии гигантского импульса достигают десятков Дж. В режиме свободной генерации полная энергия излучения за время накачки активного элемента мс может быть несколько выше, так как в силу пичкового характера генерации активные ионы могут испытывать многократное возбуждение и тушение в каждом импульсе накачки. Так как время между двумя соседними пичками составляет 10 мкс, то даже при возбуждении всех ионов в каждом пичке полная энергия излучения лазера за время свободной генерации будет меньше 300 Дж, В реальных условиях эта величина, как правило, не превышает 1...10 Дж, т. е. средняя.мощность излучения в режиме свободной генерации составляет 1...10 кВт по сравнению с 10 МВт в режиме модулированной добротности. [c.175]

Если данное неравенство не выполняется, то работа лазера возможна в импульсном режиме лишь при условии, что длительность импульса накачки короче времени жизни верхнего уровня или сравнима с ним Возникнув, лазерная генерация будет продолжаться до тех пор, пока число атомов, накопившихся на нижнем уровне, не станет достаточным для снятия инверсии населенностей. Поэтому такие лазеры называются лазерами наса-моограниченных переходах. [c.246]

Происходящие при этом физические явления можно относительно просто описать, обращаясь к случаю пичковой генерации, представленной на рис. 5.24. Если предположить, что скорость накачки Wp = Wp t) имеет форму прямоугольного импульса, начинающегося при / = 0 и заканчивающегося при / = = 5 МКС, то излучение будет состоять лишь из первого пичка в изображенной на рисунке зависимости q(t), который возникает в момент времени около t = 5 мкс. Действительно, после генерации этого пичка инверсия будет уменьшена световым импульсом до уровня, который существенно ниже порогового и который не будет затем возрастать, поскольку накачка уже отсутствует. Таким образом, мы видим, что модуляция усиления по своему характеру аналогична пичковой генерации в лазере, рассмотренной в разд. 5.4.1. Заметим, что на практике временная зависимость накачки имеет вид колоколообразного импульса, а непрямоугольного. В этом случае мы будем считать, что максимум светового пичка соответствует спаду импульса накачки. Действительно, если бы максимум совпадал, например, с максимумом импульса накачки, то после генерации пичка оставалось бы достаточно энергии накачки, чтобы инверсия могла снова вырасти до значения выше порогового и, таким образом, в лазерной генерации появился бы второй пичок, хотя и меньшей интенсивности. Напротив, если бы число фотонов достигало максимума значительно позже на хвосте импульса накачки, то это означало бы, что накачка не была достаточно продолжительной, чтобы инверсия населенностей выросла до приемлемо высокого уровня. Из вышесказанного можно заключить, что для данного значения максимальной скорости накачки существует некоторая оптимальная длительность импульса. Если это максимальное значение увеличивается, то число фотонов нарастает быстрее и тогда необходимо уменьшить длительность импульса накачки. Можно также показать, что при увеличении максимальной скорости накачки возрастает максимальная инверсия и генерируется более короткий и интенсивный импульс. Для четырехуровневых лазеров типичные значения времени нарастания интенсивности лазерного излучения до своего пикового значения в зависимости от максимального значения скорости накачки могут составлять 5 Тс —20 Тс, где Тс время жизни фотона в резонаторе [c.304]

В гл. 8 рассмотрено вынужденное комбинационное рассеяние ВКР-явление генерации стоксовой волны (смещенной на 13 ТГЦ) в поле волны накачки при распространении накачки в световоде. Это происходит, только когда мощность накачки превышает пороговый уровень. Сначала обсуждаются усиление и порог вынужденного комбинационного рассеяния. Затем в двух отдельных разделах описывается ВКР для случая непрерывной или квазинепрерывной накачки и для случая сверхкоротких импульсов накачки. В последнем случае сочетание ФСМ, ФКМ и ДГС приводит к качественно новым особенностям. Эти особенности могут быть совершенно разными в зависимости от того, находится накачка в области нормальной или аномальной ДГС. Случай аномальной ДГС рассматривается в последнем разделе, особенно вьщелены волоконно-оптические ВКР-лазеры. Также обсуждаются применения ВКР-усилителей в волоконно-оптической связи. [c.30]

Для 100-метрового световода с Аи, =510 . Afp = 17 пс. Ее можно уменьщить, используя световод с меньщим двулучепреломлением. Использование двух световодов, соединенных так, что их быстрые оси оказываются под прямым углом друг к другу, позволяет почти полностью устранить Фундаментальное ограничение на постоянную времени затвора накладывается дисперсией групповых скоростей, которая ущиряет импульс накачки при распространении по световоду. Ущирение импульса можно свести ДО 1 ПС и менее, либо уменьщая длину световода, либо используя накачку с длиной волны, близкой к длине волны нулевой дисперсии. [c.181]

Полностью оптический керровский затвор использовался для экспериментальной демонстрации оптического стробирования [15]. На рис. 7.2 схематично изображена экспериментальная установка. Для компенсации линейного двулучепреломления световода использовался компенсатор Бабине-Солейля. В качестве поляризатора использовался отрезок световода с больщим двулучепреломлением (коэффициент экстинкции около 20 дБ). Он также служил в качестве фильтра, поскольку этот световод имел высокие потери на длине волны накачки 1.06 мкм. В качестве сигнала служило излучение лазерного диода на длине волны 0,84 мкм. Стробируемый сигнал на выходе имел форму последовательности импульсов, расстояние между которыми и длительность определялись импульсами накачки. [c.182]

В этом эксперименте стробирующие импульсы накачки были довольно длинными (примерно 300 пс). В другом эксперименте [17] 30-пикосекундные сигнальные импульсы с частотой следования 1,97 ГГЦ (полученные при использовании полупроводникового лазера с распределенной обратной связью и модуляцией усиления, работающего в области 1,3 мкм) демультиплексировались при использовании 85-пикосекундных импульсов накачки от Nd YAG-лазера с синхронизацией мод. [c.183]

Можно понять физический смысл особенностей спектров сигнального излучения, рассмотрев сдвиг частоты, вызванный ФКМ (что изображено в правой колонке на рис. 7.11). При = 0. сдвиг частоты положителен вдоль всего сигнального импульса, и максимальное его значение возникает в центре импульса. В случае ФСМ, в отличие от этого (см. рис. 4.1), сдвиг частоты отрицателен вблизи пфеднего фронта, нулевой у центра импульса и положителен у заднего фронта. Разница для случаев ФСМ и ФКМ обусловлена расстройкой групповых скоростей. При Tj = О медленно движущийся сигнальный импульс взаимодействует в основном с задним фронтом импульса накачки. В результате индуцированный ФКМ сдвиг частогы положителен, спектр сигнального излучения имеет только компоненты, сдвинутые в коротковолновую область. При = 4 импульс накачки догоняет сигнальный импульс только в конце световода. Передний фронт импульса накачки взаимодействует с сигнальным импульсом поэтому сдвиг частоты отрицателен и спектр сдвигается в длинноволновую область. При Tj = 2 у импульса накачки есть время не только догнать сигнальный импульс, но и пройти сквозь него симметричным образом. Сдвиг частоты равен нулю в центре импульса. Его величина мала и внутри всего импульса. В результате спектр сигнала симметрично уширяется, но в крыльях заключена относительно малая доля энергии. В этом симметричном случае спектр сигнала сильно зависит от отношения L L . При = 1, если LjL = 2, спектр сигнального излучения шире и имеет более сложную структуру. С другой стороны, если L L ,, спектр сигнального излучения остается практически неизменным. [c.203]

Уширение спектра, вызванное ФКМ, наблюдалось экспфимен-тально в конфигурации накачка-сигнал . В эксперименте [52] 10-пикосекундные импульсы накачки были полуены от лазера на центрах окраски, работающего на длине волны 1,51 мкм, в то время как сигнальные импульсы на длине волны 1,61 мкм генерировались в волоконном ВКР-лазере (см. разд. 8.2.2). Длина дисперсионного разбегания составляла 80 м, в то время как дисперсионная длина превышала 10 км. Наблюдались как симметричные, так и асимметричные спектры сигнального излучения, по мере того как длина световода возрастала с 50 до 400 м. Эффективная задержка между импульсами изменялась за счет расстройки резонатора волоконного ВКР-лазера. [c.203]

В другом эксперименте [59] Nd YAG-лaзep использовался для генерации 33-пикосекундных импульсов накачки на длине волны [c.204]

Рис. 7.12. Индуцированный ФКМ сдвиг длины волны сигнального импульса на 0,53 мкм как функция начальной задержки 1.06-микрометрового импульса накачки. Кружки представляют экспериментальные данные, в то время как сплошная линия представляет теоретическую зависимость [59].

Рис. 7.13. Индуцированный ФКМ сдвиг длины волны сигнального импульса на длине волны 0,53 мкм как функция пиковой мощности 1,06-микрометро-вого импульса накачки, распространяющегося вместе с сигнальным, для случая, когда нет начальной задержки по времени (Т = 0) между двумя импульсами [59].

Для того чтобы выделить эффекты, связанные с ФКМ, полезно перейти к конфигурации накачка-сигнал . Предполагая U2 U в уравнениях (7.4.19) и (7.4.20) можно пренебречь членами, содержащими Тогда сигнал не воздействует на динамику импульса накачки, определяемую уравнением (7.4.19). Тем не менее импульс накачки значительно воздействует на динамику сигнала за счет ФКМ. Уравнение (7.4.20) описывает совместное действие эффектов ФКМ и дисперсии групповых скоростей на форму и спектр сигнального импульса. Эти уравнения можно решить численно, используя частично видоизмененный метод SSFM, описанный в разд. 2.4. [c.206]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...