Лазер I синхронной накачкой

КИМ образом, чтобы период повторения импульсов 2L/ был равен периоду следования импульсов лазера накачки. Тогда импульсы накачиваемого лазера будут синхронизованы с импульсами лазера накачки, и поэтому данный метод называют синхронизацией мод при синхронной накачке. Этот тип накачки можно также осуществить в полупроводниковом лазере, пропуская через диодный переход ток в виде импульсов с частотой повторения /2L, где L — длина резонатора полупроводникового лазера. В обоих случаях зависимость усиления лазера от времени при такой импульсной накачке имеет вид, показанный [c.317]

Рис. 5.43. Временная зависи.мость скорости накачки Wp(t) и усиления лазера g(f) в лазере с синхронизацией мод и синхронной накачкой.

Когда ВКР-лазер накачивается цугом импульсов, каждый стоксов импульс после обхода резонатора должен быть достаточно точно синхронизован с одним из следующих импульсов накачки. Однако добиться такой синхронизации относительно легко. Из множества длин волн, лежащих в широкой полосе ВКР-усиления, в лазере может генерироваться излучение на некоторой длине волны, удовлетворяющей требованию синхронности накачки. Кроме того, длину волны генерации можно подстраивать простым изменением длины резонатора. Этот метод можно считать основанным на временной дисперсии [34], чтобы отличить его от призменной подстройки (см. рис. 8.4), основанной на пространственной дисперсии в призме. Метод временной дисперсии весьма эффективен при перестройке импульсных волоконных ВКР-лазеров в широком диапазоне длин волн. Скорость перестройки можно получить следующим образом. Если длина резонатора меняется на AL, временная задержка А/ должна компенсироваться таким изменением длины волны А , чтобы выполнялось [c.227]

ВОЛОКОННЫЕ ВКР-ЛАЗЕРЫ С СИНХРОННОЙ НАКАЧКОЙ [c.245]

Рис. 5.14. Схема комбинационного солитонного лазера с синхронной накачкой [42]

Генераторы с двойной модуляцией на основной или удвоенной частоте успешно используются для синхронной накачки лазеров на красителях, центрах окраски и параметрических генераторов, что по- [c.245]

Создание высокостабильных YAG Nd + лазеров с активной и пассивной синхронизацией мод и высокоэффективных удвоителей частоты на кристаллах КТР (сейчас речь идет уже о получении средних мощностей второй гармоники до 10 Вт) привело к быстрому развитию разнообразных схем синхронной накачки лазеров на красителях. Для повышения стабильности и сокращений длительности синхронно-накачиваемых лазеров применяются различные схемы комбинированной синхронизации мод. На выходе уверенно получаются тщательно сформированные спектрально-ограниченные импульсы с длительностью менее 100 фс. Разработкой таких лазеров занимаются многие лаборатории, и сейчас они успешно конкурируют, а во многих случаях даже превышают по своим характеристикам лазеры с пассивной синхронизацией мод. [c.246]

Для молекулярной спектроскопии и волоконной оптики большой интерес представляет спектральный диапазон 1,2—1,6 мкм. Повышение эффективности и стабильности красителей, накачиваемых излучением неодимовых лазеров, разработка специальных схем накачки позволили увеличить энергетическую эффективность пикосекундных лазеров до 10 % для красителей с временем жизни возбужденного состояния в единицы пикосекунд. В [18] сообщается о запуске фемтосекундного лазера (т =300 фс), перестраиваемого в диапазоне длин волн 1,25—1,35 мкм. Синхронная накачка производилась импульсами лазера на гранате с неодимом с активной синхронизацией мод, сжатыми в волоконно-оптическом компрессоре до 5 пс. [c.248]

Комбинированная синхронизация мод. При использовании метода пассивной синхронизации мод пикосекундных лазеров достигаются меньшие длительности импульсов и большая стабильность параметров излучения, а при активной синхронизации мод — более высокие энергетические характеристики. Одновременное использование обоих подходов в схемах синхронной накачки пикосекундных лазеров приводит во многих случаях к оптимальным результатам [28]. [c.253]

Нестационарные режимы генерации. Синхронную накачку лазеров можно осуществлять с помощью цугов мощных пикосекундных [c.255]

Рис. 6,12. Комбинированный лазер иа красителе с синхронной накачкой одно из зеркал резонатора заменено антирезонансной полостью, содержащей струю насыщающегося поглотителя [30]

Рис. 6.13. Расчетное распределение параметров импульсов по цугу генерации лазера на красителе при синхронной накачке цугом из N импульсов

Другой подход к уменьшению длительности импульсов и повышению их спектрального качества основан на применении резонаторных ПГС с синхронной накачкой [42]. В режиме синхронной накачки сигнальный и/или холостой импульс после отражения от зеркал резонатора поступает в нелинейный кристалл одновременно с последующим импульсом накачки. В результате существенно возрастает эффективная длина усиления и, следовательно, уменьшается пороговая интенсивность накачки. Это обстоятельство позволяет использовать в качестве источника накачки не только цуги импульсов второй гармоники лазера на стекле или гранате с пассивной синхронизацией мод, но и системы с двойной модуляцией, работающие с частотой повторения цугов в единицы килогерц, и даже квазинепрерывное излучение лазеров на гранате с активной синхронизацией мод. [c.258]

Лазеры на ионах благородного газа с синхронизацией мод имеют особенно важное значение как источники синхронной накачки лазеров на красителях (см. гл. 5). [c.80]

Лазеры с синхронной накачкой [c.96]

Синхронизацию мод можно осуществить не только при помощи периодической модуляции потерь, но также и посредством периодической модуляции усиления. Это достигается путем накачки лазера цугом импульсов другого лазера с активной синхронизацией мод. Преимущество такого метода заключается в том, что он позволяет получать при периодической накачке импульсы, длина которых существенно меньше длины импульсов накачки. В случае лазера на красителе с синхронной накачкой можно, кроме того, в определенных диапазонах непрерывно перестраивать частоту генерируемых описанным способом ультракоротких импульсов. [c.96]

Как уже упоминалось в п. 3.1.5, интересен специальный случай, когда один из входных импульсов, например h(t), намного короче другого, так как тогда /((т)/г (т). Такой метод измерений применялся, например, для анализа импульсов аргонового лазера (tli IOO пс). В качестве более коротких использовались импульсы, генерируемые лазером на красителе (tl2 1 пс), синхронная накачка которого осуществлялась аргоновым лазером [3.21] (см. гл. 5). Эти измерения позволили определить не только форму импульса аргонового лазера, но и временной сдвиг между импульсами аргонового лазера и лазера на красителе. [c.123]

Лазер на АИГ Nd с синхронизацией мод при непрерывной накачке имеет по сравнению с лазерами на ионах благородных газов с синхронизацией мод ряд существенных преимуществ. Особенно здесь следует отметить меньшую длительность импульсов (около 50 пс) и большие значения средней мощности (около 10 Вт) [4.11], а также более слабые флуктуации параметров импульсов в цуге — особенно на частотах выше 100 кГц. Это объясняется сглаживающим действием медленно релаксирую-щей активной среды. По этим причинам наряду с лазерами на ионах благородных газов в качестве источников синхронной накачки (см. гл. 5) применяются и лазеры на АИГ Nd. Длина генерируемой лазером на АИГ Nd волны позволяет использовать эти лазеры для накачки лазеров на кристаллах с центрами окраски, работающих в диапазоне длин волн от 0,8 до 3,8 мкм [2.14, 4.13], а также лазеров на специальных красителях, излучающих волны длиной до 1,45 мкм [4.12]. Для накачки лазеров на красителях, работающих в видимом диапазоне, используют вторую и третью гармоники излучения (А = 0,53 мкм и А,= = 0,355 мкм) лазера на АИГ Nd (см. гл. 8). [c.148]

Синхронизация мод лазеров на красителях посредством синхронной накачки применялась относительно давно. Лазер на красителе накачивался последовательностью импульсов, генерируемых рубиновым лазером с синхронизацией мод [5.1] или второй гармоникой излучения ла-зера на стекле с неодимом [5.2, [c.151]

В результате перспективный метод синхронной накачки лазеров на красителях получил дальнейшее развитие, и его применение позволило осуществить генерацию ультракоротких импульсов длительностью менее 1 пс [5.8, 5.10]. [c.151]

Рнс. 5.1. Изменение во времени результирующего усиления и интенсивности импульсов накачки и лазерного при синхронной накачке лазера на красителе. [c.151]

Как и в лазерах на красителях, синхронная накачка может применяться в лазерах на центрах окраски . Различные центры окраски в щелочных и щелочноземельных кристаллах обладают широкой линией люминесценции, лежащей в диапазоне длин волн 0,8—3,8 мкм. Такие кристаллы позволяют в этом спектральном интервале генерировать весьма короткие импульсы с высокой частотой следования. В качестве источников накачки здесь применяют лазеры на ионах инертных газов, лазеры на красителях или непрерывно накачиваемые лазеры на АИГ Nd (см., например, [2.14, 4.13]). Механизм образования импульсов в лазерах на центрах окраски и в лазерах на красителях одинаков. Поэтому все выводы, сделанные в последующих разделах для лазеров на красителях, справедливы и для лазеров на центрах окраски. [c.152]

Метод синхронной накачки может применяться и в полупроводниковых лазерах, где он представляет особый интерес. Здесь возможна не только синхронная оптическая накачка (например, при помощи лазеров на красителях), но и синхронная неоптическая накачка путем модуляции инжекционного тока [18]. [c.152]

Рис. 5.2. Схема лазера с синхронной накачкой.

Следует заметить, что требование расположения модулятора у зеркала резонатора не обязательно и используется автором для упрощения изложения. В действительности (предполагая модулятор тонким) устойчивой синхронизации мод можно добиться, располагая ячейку на расстоянии от зеркала, кратной длине резонатора L. При этом частота следования импульсов, если ячейка расположена на расстоянии L/2, L/3, и т. д. от одного из зеркал, будет равна соответственно jL, Z jlL и т. д. Это нетрудно понять, используя временное представление н полагая, что в каждый момент времени, когда мы имеем мнии.мум потерь, в модуляторе встречаются два распространяющихся в разные стороны импульса. Разумеется потребуется изменение рабочей частоты активного модулятора, насыщающийся же поглотитель настраивается сам. Аналогичным образом рассчитывается и лазер с синхронной накачкой или насыщающимся усилением (см. обсуждение в связи с рис. 6,34). Наконец, заметим, что для лазера бегущей волны (см., например, рис. 5.11) положение поглотителя несущественно. — Прим. перев. [c.323]

К настоящему времени работа ЛСЭ была продемонстрирована во всем мире на нескольких устройствах (более 10), причем длины волн генерации лежали в диапазоне от миллиметровых волн вплоть до зеленой области спектра. На различных этапах разработки сейчас находится значительно большее число таких лазеров. Все они требуют крупных установок, поскольку для их работы необходимо использовать достаточно большие ускорители электронных пучков. Исторически самый первый ЛСЭ был запущен на длине волны К =3,4 мкм с помощью линейного сверхпроводящего ускорителя Станфордского университета в США [39]. Поскольку входной электронный пучок имел вид импульсов длительностью 3,2 пс, разделенных промежутками т = 84,7 НС, длина резонатора L была выбрана таким образом, чтобы величина т была равна времени полного прохода резонатора (т. е. L = %l2 = 2,l м), так что лазер работал в режиме синхронизации мод с синхронной накачкой. Один из наиболее важных вопросов для ЛСЭ связан с его эффективностью. Поскольку частота генерируемого им излучения зависит от энергии электронов [см. выражение (6.58)], максимальная энергия, которую можно отобрать от электрона, равна такому изменению энергии электрона, при котором соответствующая рабочая частота смещается за пределы контура усиления. Следовательно, максимальный КПД т)макс, определяемый как отношение максимальной энергии, отдаваемой лазерному пучку, к начальной энергии электронов, примерно равен именно отношению Avo/vo, т. е. т]макс = /2Nw Отсюда следует, что КПД такого устройства весьма мал (10 —10 ). В настоящее время активно ведутся работы с целью повышения КПД по двум направлениям. [c.432]

Система, показанная на рис. 8.12, применялась для осуществления сжатия импульсов при самых различных условиях. Например, импульсы длительностью около 50 фс на длине волны Я л 620 нм от лазера на красителе с синхронизацией мод на сталкивающихся импульсах (усиленные лазерным усилителем на красителе, накачиваемого лазером на парах меди) были сжаты с применением волокна длиной около 10 мм до длительности около 6 фс. Эти импульсы состоят примерно из трех оптических периодов и в настоящее время являются наиболее короткими. Импульсы длительностью около 6 пс (и пиковой мощностью около 2 кВт) от лазера на красителе с синхронной накачкой и с синхронизацией мод были сжаты с помощью системы, показанной на рис. 8.12, с использованием трехметрового волокна до длительности около 200 фс (Рр = 20 кВт). Эти импульсы были снова сжаты второй такой же системой, показанной на рис. 8.12, с волокном длиной 55 см до длительности 90 фс. [c.524]

Источником импульсов являлся синхронно-накачиваемый лазер на FI центрах окраски в кристалле Na l (область перестройки 1,35— 1,75 мкм). Источник работал при температуре 70 К, причем для окрашивания кристалла использовался электронный пучок. Синхронная накачка осуществлялась лазером на гранате с неодимом. По результатам измерений спектра генерации и корреляционной функции интенсивности было установлено, что лазер генерировал импульсы длительностью Ti/2=6 ПС. Значение произведения -А/=0,18 дает основания [c.203]

Лазеры на красителях с синхронной накачкой. Сущность метода синхронной накачки заключается в модуляции коэффициента усиления активной среды с помощью оптической накачки импульсами, частота следования которых равна или кратна частоте обхода резонатора генерируемым импульсом. Выходное излучение синхронно-накачивае-мого лазера представляет собой непрерывный или ограниченный цуг импульсов, следующих синхронно с импульсами накачки. Для осуществления нестационарной модуляции усиления в активной среде импульсы накачки должны иметь длительность t , существенно меньшую, чем время жизни населенности рабочего уровня Ti, и энергию, превышающую пороговую для самовозбуждения лазера. Режим синхронной накачки эффективен в тех случаях, когда период следования импульсов накачки Ти превышает время жизни рабочего уровня, T Ti. В этой ситуации происходит быстрое формирование импульсов генерации из шумовых затравок спонтанной люминесценции. [c.248]

В последнее время созданы пикосекундные лазеры на центрах окраски в кристаллах Rb l Li и КС1 Li, генерирующие спектральноограниченные импульсы с длительностью 10 пс в среднем ИК диапазоне (2,74 мкм< <3,15 мкм) при синхронной накачке излучением аргонового лазера [37]. Эти источники, работающие с частотой повторения 82 МГц при средней мощности 30 мВт, существенно расширяют возможности для исследования нелинейно-оптических явлений в волоконных световодах, сверхбыстрых процессов в полупроводниковых структурах и молекулах. [c.257]

В описанной в [40] схеме синхронно накачиваемого комбинационного световодного лазера источником накачки служил ИК лазер на красителе ( i. =l,32 мкм), генерировавший импульсы длительностью [c.257]

Естественно, что, как и в лазере на красителе, в ПГС с синхронной накачкой принципиальную роль играет точное согласование длины резонатора с периодом следования импульсов накачки. Ширина син-хрорезонансной характеристики уменьшается по мере уменьшения длительности импульсов накачки и несколько увеличивается при значительных превышениях пороговых значений интенсивности накачки. Существенно, что в параметрических генераторах синхрорезонансная характеристика имеет, как правило, два максимума, соответствующие групповому синхронизму для сигнального и холостого импульсов. Как показано в [3], энергетическая эффективность ПГС с синхронной накачкой достигает максимума при четырех- пятикратном превышении порога генерации. [c.258]

Первое из них связано с компрессией перестраиваемых по частоте импульсов, генерируемых лазерами на красителях с синхронной накачкой, от начальной длительности в единицы пикосекунд вплоть до десятков фемтосекунд. Здесь речь идет обычно о достаточно мощных импульсах, кроме того, существуют возможности промежуточного усиления, в том числе и с килогерцовой частотой повторения. В этом случае весьма эффективны каскадные схемы сжатия и традиционные решеточные компрессоры. [c.258]

Нехаенко В. A. Теория генерации сверхкоротких импульсов света при синхронной накачке лазеров с многоуровневой моделью активной среды Канд. дис.— М. 1984. [c.306]

Генерация ультракоротких световых импульсов достигается посредством синхронной накачки лазера на красителе (см. гл. 5), а также путем пассивной синхронизации мод (см. гл. 6). С пассивной синхронизацией непосредственно от лазера были получены самые короткие импульеы ( СбО фс). [c.82]

Генерация ультракоротких световых импульсов полупроводниковыми лазерами может быть достигнута многими методами. Важнейшим является метод активной модуляции усиления ин-жекционного лазера, поскольку токи можно очень проста модулировать с высокой частотой (см. гл. 4). Кроме того, применяется метод синхронной накачки полупроводникового лазера по аналогии с лазером на красителе с синхронизацией мод (см. гл. 5). Самые короткие импульсы (в субпикосекундном диапазоне) удается получить, как и в случаях лазера на красителе и твердотельного лазера на Nd, при помощи пассивной синхронизации мод (см. гл. 6 и 7, особенно разд. 7.4). [c.88]

Рис. 3.19. Схема экспериментальной установки для переключения с помощью импульсов лазера на красителе с синхронной накачкой (по [3.29]), см. гл. 6. 1 — ВЧ-генератор 2 — акустооптический синхронизатор мод 3 — Кг+-лазер 4 —лазер на красителе 5 — стробирующая головка 5 —фотодиод 7 —оптоэлектронный ключ 8 — блок питания 9 — стробоскопический осциллограф. К волноводной структуре прикладывалось постоянное напряжение порядка 100 В. Индуцированный в щели электрический сигнал подавался с помощью короткого коаксиального кабеля на вход В стробоскопической головки (HP 1430 С) с временем нарастания 20 пс. Для управления стробоскопической головкой на его вход А поступал сигцал с лавинного фотодиода, возникавший под действием ответвленной части излучения лазера накачки (криптоновый лазер), также работавшего в режиме синхронизации мод с частотой следования импульсов 76 МГц. Импульсы излучения лазера на красителе (пиковая мощность 100—500 Вт, длительность — 5—10 пс, частота следования 76 МГц) фокусировались линзой (/=40 мм) на активную поверхность детектора (0,45x0,03 мм ). В этом устройстве оптоэлектронный ключ может быть использован и как быстродействующий фотоприемник. Его чувствительность имеет порядок 1 мВ на 1 мВт средней мощности излучения лазера.

Впервые в аргоновом лазере активная синхронизация мод была реализована в работах [4.7] и [4.8] с помощью амплитудных модуляторов, а в работе [4.9] — с помощью фазового модулятора. Этот тип лазеров, так же как и криптоновые лазеры, в последнее время нашел важное применение в качестве источника импульсов для синхронной накачки лазеров на красителях, что будет рассмотрено в гл. 5. В настоящее время лазеры на ионах благородных газов применяются во многих лабораториях и в промышленном производстве. При этом часто используются упомянутые в п. 2.4.2 лазеры промышленного изготовления, в которые встраиваются соответствующие модуляторы. В п. 2.4.2 были рассмотрены лазеры на ионах благородных газов. Здесь мы кратко рассмотрим особенности таких лазеров при активной синхронизации мод. Пример устройства резонатора аргонового лазера с активной синхронизацией мод приведен на рис. 4.5 (по [4.10]). Синхронизация мод аргонового лазера типа ILA 120, изготовленного на предприятии VEB arl Zeiss Jena (3), осуществлялась с помощью модулятора (1), имевшего форму призмы. Модулятор, работавший в режиме стоячей волны, был изготовлен из плавленого кварца 1) и снабжен пьезоэлектрическим датчиком (2). Благодаря своей призматической форме модулятор одновременно осуществлял селекцию длин волн в резонаторе. Окна модулятора были скошены под углом Брюстера. Это сводило потери к минимуму и исключало возбуждение субгармоник. Модулятор снабжался терморегулятором с электронной регулировкой, позволявшей регулировать и стабилизировать температуру модулятора. Это [c.146]

Вместо рассмотренной в предыдущем разделе синхронизации мод при модуляции внутренних потерь или оптической длины резонатора синхронизация мод может осуществляться путем модуляции усиления. Для этого в резонатор лазера вводится накачка в виде непрерывной последовательности импульсов, генерируемых другим лазером с синхронизацией мод (см. рис. 5.8). Если длина резонатора лазера достаточно близка к длине резонатора лазера накачки или кратна ей, то при определенных условиях усиление оказывается модулированным с периодом, равным времени полного прохода резонатора. Как и при модуляции потерь, короткий импульс в этом случае формируется за промежуток времени, соответствующий максимальному усилению. Длительность этого импульса при оптимальных условиях может быть на два-три порядка короче длительности импульса накачки. Наибольший практический интерес представляет применение метода синхронной накачки в лазерах на красителях, так как в лазерах этого типа используется преимущественно оптическая накачка, а их линии усиления весьма широки (величина А(0з2/2л лежит в пределах от 10 до 10 Гц). Лазеры на красителях допускают в определенном диапазоне плавную перестройку частоты в области максимума спектра излучения. Это достигается введением в резонатор частотно-селек-тивного оптического фильтра, в качестве которого могут быть использованы, например, эталон Фабри—Перо, фильтр Лио или призма. Ширина спектра пропускания этих фильтров, однако, не должна быть слишком мала, так как ее сужение может вызвать существенное увеличение длительности импульсов. По указанным причинам значение лазеров на красителях с синхронной накачкой в технике генерации пикосекундных и субпи-косекундных импульсов в последние годы все больше возрастает. По сравнению с лазерами на красителях с пассивной синхронизацией мод, которым посвящена следующая глава, синхронно накачиваемые лазеры имеют следующее преимущество для перестройки частоты их излучения может быть использована полная спектральная ширина лазерного перехода, тогда как при пассивной синхронизации полоса перестройки дополнительно ограничивается спектром линии поглощения насыщающегося поглотителя. [c.150]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...