Просветляющие фильтры

Рис. 40.20. Эволюция распределения амплитуды поля в лазере с просветляющимся фильтром.

Дальнейшее укорочение импульсов генерации достигается применением просветляющихся фильтров как [c.320]

Просветляющимся фильтром. - Прим. ред. [c.312]

Помимо таких вращающихся зеркал в качестве оптических затворов используют различные ячейки, например ячейку Керра, ультразвуковую ячейку и др. В последнее время стали использовать в качестве оптических затворов просветляющиеся фильтры. Их действие осно- [c.30]

Рис. 7.4. Схема лазера с насыщающимся поглотителем (просветляющимся фильтром) для генерации сверхкоротких импульсов.

Быстрое включение обратной связи позволяет сократить длительность импульса лазерного излучения до 10" —10" с. Так как энергия импульса, снимаемая с рубинового стержня длиной 20 см и диаметром 1,5 см, составляет 1—2 Дж, то при этом развивается мощность 10—200 МВт. Дальнейшее повышение мощности лазерного импульса может быть достигнуто путем усиления света в каскаде из нескольких последовательно расположенных лазеров. Первый лазер в таком каскаде должен служить генератором, остальные — усилителями света. Если мощность генерируемого импульса достаточно велика, то уже небольшой его части вблизи передового фронта достаточно, чтобы вызвать вынужденные переходы в невозбужденное состояние всех возбужденных атомов хрома в рубине усилителей. Это сокращает длительность импульса и повышает его мощность. Таким путем удалось получить гигантские импульсы света длительностью в 2-10 с при полной энергии импульса 20 Дж. Это соответствует мощности 10 МВт. Но и такая мощность еще не предел. Лазер с просветляющимся фильтром дает импульс длительностью 10" с, состоящий из последовательности импульсов, длительность которых может составлять 10" —10 с. Выделение одного такого импульса с последующим усилением его. позволяет достигнуть мощности 10 МВт. [c.720]

Причиной является целенаправленное изменение во времени величины вредных потерь (активная модуляция добротности резонатора) либо полезных потерь модуляция нагрузки). Нестационарности генерации может способствовать внесение в резонатор нелинейных элементов, например насыщающегося резонансного поглотителя (просветляющегося фильтра) ). [c.267]

Внесение в резонатор просветляющегося фильтра приводит, вообще говоря, к снижению устойчивости стационарной генерации, а при определенных условиях может обусловливать незатухающие пульсации мощности излучения (см. например, [7.8)]. [c.267]

Необходимо также иметь в виду, что лазерное излучение возникает в результате избирательного усиления первичной люминесценции. Иначе говоря, первоосновой служат случайные процессы спонтанного испускания. Определяемая этими процессами нерегулярная во времени и пространстве картина упорядочивается при переходе лазера в режим генерации, однако это упорядочение не является полным. Заметим, что помещенный в резонатор просветляющийся фильтр, характеризующийся достаточно малым временем релаксации, обнаруживает тенденцию подчеркивать (выделять, усиливать) наиболее интенсивные флуктуации в начальном распределении поля излучения (см., например, [13, 14]). [c.268]

Лазеры с просветляющимися фильтрами, работающие в режиме генерации гигантских импульсов, рассматриваются в [2,6]. [c.273]

Генерация гигантского импульса в лазере с просветляющимся фильтром возможна при выполнении определенных условий эти условия будут рассмотрены позднее (см. 3.8). [c.274]

Лазеры с просветляющимся фильтром [c.350]

Просветляющийся фильтр. Просветляющийся фильтр представляет собой нелинейный резонансный поглотитель, способный обратимо изменять коэффициент поглощения под действием достаточно интенсивного светового потока определенной частоты. Просветляющийся фильтр содержит молекулы (атомы), резонансно поглощающие излучение на частоте рабочего перехода для данного лазера эти молекулы (атомы) будем называть ниже поглощающими центрами. В основе работы просветляющегося фильтра лежит нелинейно-оптический эффект просветления среды непрозрачная вначале среда становится прозрачной (просветляется) при возрастании интенсивности падающего на нее излучения. [c.350]

Здесь и ниже индекс а показывает, что соответствующая величина характеризует просветляющийся фильтр. [c.351]

Дифференциальное уравнение для усредненной плотности светового потока. На рис. 3.39 представлена схема лазера с просветляющимся фильтром. Здесь 1 — активный элемент, 2 — система накачки, 8 — просветляющийся фильтр, 4 — зеркала резонатора. Будем использовать обозначения I, 1а, L — длины соответственно активного элемента, фильтра, резонатора v = /n и v = с/Па — скорость света соответственно в активном элементе и фильтре. [c.353]

Уравнение (3.7.14) является обобщением первого уравнения (3.2.32) на случай лазера с просветляющимся фильтром. [c.355]

Неустойчивость исходного стационарного состояния и условие самовозбуждения генерации в лазере с просветляющимся фильтром. Вопрос об устойчивости (неустойчивости) исходного стационарного состояния (3.7.28) принципиально важен для выяснения возможности самовозбуждения генерации в лазере с просветляющимся фильтром. Предположим, что состояние (3.7.28) является устойчивым. В этом случае флуктуационные изменения плотности поля и плотности инверсной заселенности не смогут перевести лазер в состояние генерации как бы сильно ни возрастала в данном случае интенсивность накачки, лазер с фильтром будет неизменно находиться в окрестности исходного состояния [c.359]

Иными словами, устойчивость состояния (3.7.28) означает, что накачка активного элемента сама по себе (без дополнительного воздействия на систему) не может перевести лазер с просветляющимся фильтром в режим генерации. Чтобы в процессе накачки активного элемента возникла генерация, необходима неустойчивость состояния (3.7.28). [c.359]

В отличие от активных модуляторов добротности, у которых момент выключения потерь определяется в)1еш-ними факторами, включение добротности пассивными модуляторами полностью определяется плотностью излучения внутри резонатора и их оптическими свойствами. В качестве пассивных модуляторов (или пассивных затворов) могут использоваться просветляющиеся фильтры, пленки, разрушающиеся под действием излучения, полупроводниковые зеркала с коэффициентом отражения, зависящим от интенсивности света, органические красители и т. д. Особое место среди пассивных затворов занимают затворы на основе просветляющихся фильтров. Исключительная простота таких затворов в сочетании с высокими параметрами получаемых с их помощью моноимпульсов излучения обеспечила им весьма широкое распространение. В основе работы этих затворов лежит способность просветляющихся фильтров обратимо изменять коэффициент поглощения под действием интенсивных световых потоков. Введение в резонатор пассивного затвора (рис. 35.10) приводит к увеличению порогового уровня накачки, в результате чего к моменту начала генерации па метастабилышм уровне накапливается значительное число активных частиц. При возникновении генерации лазерное излучение, проходящее через затвор, резко уменьшает его потери и запасенная энергия излучается в виде мощного импульса. Длительность этого импульса почти такая же, как и в режиме мгновенного включения добротности. Применение этих затворов значительно упрощает конструкцию генератора и позволяет получить параметры выходного импульса, близкие к предельным. [c.284]

Просветляющиеся фильтры широко применяются в современной лазерной технике. Помещая такой фильтр внутрь резонатора лазера, можно управлять режимом генерации — получать мощные световые импульсы длительностью порядка 10 —10 8 с (их называют гигантскими импульсами ) или последовательности сверхмощных световых импульсов, характеризующихся длительностью всего 10 с и частотой следования 0,1—1 ГГц ( пикосекундные импульсы ), В качестве просветляющихся фильтров в лазерах используют, например, растворы органических красителей — полиметиноЕых и цианиновых (фталоцианина и кристоцианина). [c.217]

Большое распространение в качестве затворов получили также насыщающие фильтры, прозрачность которых возрастает с увеличением интенсивности света, проходящего через них. Такого рода просветляющиеся фильтры получили название пассивных затворов. Поглощение излучения в них связано с переводом молекул из основного состояния в возбужденное. До импульса почти все молекулы находятся в невозбужденном состоянии, и поглощение на данной стадии велико. Следовательно, если такой фильтр находится внутри резонатора, то это связано с увеличением порога генерации, в результате чего к моменту начала генерации под действием накачки на верхнем рабочем уровне рабочего тела накапливается значительное число атомов. После возникновения генерации под действием излучения число невозбужденных молекул в фильтре быстро уменьшается за счет фотовозбуждения, что приводит к резкому уменьшению поглощения фильтр просветляется, добротность резонатора возрастает, и запасенная энергия в рабочем теле излучается в виде мощного импульса. В качестве веществ для пассивных затворов используются некоторые органические красители — так называемые фталоцианины и полиметиновые красители, а также некоторые специальные марки стекол. Особенностью такого рода затворов является невозможность управления моментом отпирания, поэтому они и получили название пассивных. [c.31]

Оптический затвор) или нелинейных просветляющихся фильтров (см. Лазер, Светофильтр). МОДУЛЯЦИОННАЯ НЕУСТОЙЧИВОСТЬ — неустойчивость нелинейной волновой среды, возникающая вследствие резонанса биения на частоте 0) = й)ц (Й1, образованного волной накачки о>н и близкой по частоте модой волновой среды Ю], с несобственными волнами, распространяющимися со скоростями, близкими к, групповой скорости волны накачки. М. н.— разновидность параметрической неустойчивости, она определяет процесс коллапсирования волн в нелинейных волновых средах. в. Н. Ораевский. [c.183]

Принцип действия пассивных модуляторов добротности основан на свойстве фототропных сред изменять коэффициент поглощения под действием интенсивного светового потока. Просветляющиеся фильтры содержат молекулы (атомы), резонансно поглощающие излучение на частоте рабочего перехода данного лазера. [c.119]

В качестве просветляющихся сред для лазеров на АИГ-Nd используются различные растворы полиметиновых красителей [91]. Поглощающие центры, -на которых происходит работа ласеивнола затвора, могут быть введены в твердотельные полимерные вещества. В последнее время начинают осваивать просветляющиеся, фильтры с поглощающими -F-центрами в кристаллах типа LiF [c.120]

Характеристики применяемых для модуляции добротности затворов будут приведены в 5.2, а здесь мы несколько подробнее рассмотрим генерацию мопоимпульса при пассивной модуляции добротности просветляющимися фильтрами. В качестве таких фильтров в лазере на неодимовом стекле применяются растворы красителей или твердотельные затворы на основе центров окраски. Физика процесса генерации гигантского импульса состоит в это.м случае в том, что просветляющийся фильтр, пропускание которого возрастает при увеличении падающего на него излучения, играет роль ячейки положительной обратной связи. Процесс генерации можно также разбить на три этапа накопление инверсии, сравнительно длинный этап линейного развития генерации и короткий этап нелинейного развития генерации, на котором происходит высвечивание энергии моноимпульса. Для пассивной модуляции длительность линейного этапа Тд (т 1 мкс) в несколько раз больше, чем при активной, что имеет важное значение для селекции спектра излучения (см. ниже). Длительность моноимпульса ( и 10—100 нс) примерно такая же, как при мгновенном включении добротности, если только выполнено условие на сечение вынужденных переходов в фильтре Оф и активной среде а стф>ст. [c.203]

При пассив1юй модуляции добротности линейный этап развития генерации протекает в условиях высоких потерь, что отличается от условий развития мопоимпульса при активной модуляции добротности (рис. 5.4). Вследствие этого существенно (на порядок) различаются длительности линейных этапов генерации и интенсивность излучения на границе линейного и иелииейного этапов. Длительность линейного этапа при пассивной. модуляции зависит от начального пропускания просветляющегося фильтра То, увеличиваясь примерно пропорционально То [81. [c.204]

Импульсы меньшей длительности генерируются в режиме самосинхронизации аксиальных мод пассивным просветляющим фильтром. На временном языке причина самосинхронизации мод заключается в выделении наиболее интенсивных флуктуационпых выбросов поля, развивающихся в резонаторе в режиме свободной генерации на линейном этапе ее развития [20, 211. В результате эти наиболее короткие и мощные импульсы раньше разовьются и первы.ми выйдут на этап нелинейного развития генерации. Необходимым условием этого является низкая инерционность просветляющегося затвора — он должен пропускать только просветляющие его короткие импульсы, закрываясь перед другими, менее интенсивными выбросами. В идеале время релаксации просветляющегося фильтра должно быть примерно равмо длительности генерируемого импульса, что существенно отличается от требований, предъявляемых к фильтрам для моноимпульсного режима. [c.206]

Сокращение импульса можно получить, обрезая фронт импульса с помощью электроонтического затвора или просветляющегося фильтра [31, 34]. Однако возможности такого сокращения в усилительной системе на неодимовом стекле весьма ограничены нелинейными эффектами (в первую очередь самофокусировкой) и лучевой прочностью стекла. Для плотности энергии насыщения 4—-5 Дж/ м выше которой может эффективно протекать сжатие импульса, длительность сжатого импульса не должна быть меньше примерно 1 НС. [c.210]

В главе 7 рассмотрена теория формирования ультракоротких импульсов. Исследуются активный и пассивный режимы синхро-низации мод, дан линейный, а затем нелинейный анализ устойчивости возникающих импульсов. Конец главы посвящен модели лазера с нелинейной поглощающей ячейкой. Отметим, что в эту важ-ную область квантовой электроники существенный вклад внесли советские теоретики. Так в работе [23] была построена квантовая теория лазера с нелинейным поглотителем, впервые выявлена тесная аналогия с картиной фазовых переходов первого рода вблизи критической точки, вычислены времена перехода из одного бистабильного состояния лазера в другое. Укажем еще на обзорную статью [24] (в ней содержится много ссылок на более ранние работы советских авторов), в которой подробно прослежены особенности процесса генерации сверхкоротких световых импульсов в лазерах с просветляющимся фильтром, причем основное внимание уделено статистическим аспектам явления. [c.7]

Большое распространение" в качестве оптических затворов получили также просветляющиеся фильтры, помещаемые вместо ячейки Керра или Поккельса. (Поляризатор В в этом случае не нужен.) Их действие основано на увеличении прозрачности веш,ества, когда интенсивность света становится достаточно большой, как это имеет место в случае излучения лазеров (см. 89, пункт 6). При малой интенсивности света фильтр поглощает свет, почти полностью гстраняя обратную связь. С увеличением заселенности верхнего уровня возникает слабая генерация рубинового стержня, несколько уменьшающая поглощение фильтра. Это приводит к усилению обратной связи и вызывает лавину лазерного излучения. Последняя по мере нарастания все более и более просветляет фильтр. Когда интенсивность излучения начнет уменьшаться, поглощение фильтра будет быстро возрастать, а обратная связь ослабляться. Поскольку вся система работает автоматически, лазер с просветляющимися фильтрами во время вспышки лампы накачки может генерировать серию импульсов, следующих друг за другом. [c.720]

Третья глава начинается с обзора различных режимов генерации лазера, включая режимы активной и пассивной модуляции добротности резонатора, синхронизации продольных и поперечных мод, модуляции нагрузки. Вводятся, анализируются и широко используются балансные уравнения (уравнения Статца— Де Марса и их модификации). На основе этих уравнений излагаются различные вопросы динамики одномодовых лазеров переходные процессы, приводящие к затухающим пульсациям мощности излучения, появление незатухающих пульсаций мощности при наличии слабой модуляции потерь, генерация гигантских импульсов при мгновенном включении добротности. Сопоставляются электрооптический и акустоопти-ческнй способы активной модуляции добротности. Подробно анализируются процессы в лазерах с просветляющимися фильтрами. Синхронизация продольных мод обсуждается с использованием как спектрального, так и временного подходов. При рассмотрении самосинхронизации мод в лазере с просветляющимся фильтром применяется временное описание на основе флуктуационных представлений. Временной подход используется также для описания акустооптической синхронизации мод в лазере с однородно уширенной линией усиления. Отдельно обсуждаются методы исследования сверхкоротких световых импульсов. [c.5]

На рис. 3.4 показан процесс развития гигантского импульса при пассивной модуляции добротности резонатора лазера с импульсной накачкой. Модуляция добротности осуществляется за счет применения просветляющегося фильтра. Кривая Р f) на рисунке описывает изменение во времени мощности генерируемого излучения там же показано изменение во времени коэффициента резонансного поглощения фильтра на частоте генерации (кривая (0) и плотности инверсной заселенности уровней активной среды (кривая N (f)). Исходное состояние соответствует непросветленному фильтру (х = XoJ в этом состоянии пороговое значение плотности инверсной заселенности достаточно велико (обозначим через Л пор max)-По мере поступления в активный элемент излучения накачки величина N будет расти. Как только она достигнет значения N ov max. начнется процесс генерации ). Этот момент времени выбран на рисунке в качестве начального момента t = 0). Как и при активной модуляции добротности, процесс формирования гигантского импульса состоит из двух этапов длительного этапа ждленного (линейного) развития (длительность этапа io) и короткого этапа быстрого (нелинейного) развития (длительность этапа При пассивной модуляции добротности этап линейного развития примерно на порядок длительнее, чем при активной модуляции он составляет теперь примерно 1 мкс. Это объясняется тем. [c.274]

Для связывания (сцепления) продольных мод по фазе применяют методы как активной, так и пассивной синхронизации. В первом случае применяют принудительную периодическую модуляцию параметров резонатора с частотой, равной или кратной частоте Q. Во втором случае используют внутри резонатора просветляющийся фильтр или нелинейный диэлектрик. При этом существенно, чтобы фильтр имел весьма малое время релаксации-, необходимо, чтобы выполнялось условие Т < Т. При рассмотрении пассивной синхронизации мод часто применяют термин самосинхронизация мод (mode self-lo king). [c.277]

Первые экспериментальные результаты по активной синхронизации поодольных мод были получены на гелий-неоновом лазере [33]. В 1966 г. в [34] было показано, что при определенных условиях в лазере с быстро релаксирую-щим просветляющимся фильтром может осуществляться пассивная синхронизация самосинхронизация) продольных мод. Вопросы реализации и специфика режимов генерации сверхкоротких световых импульсов на основе активной либо пассивной синхронизации продольных мод рассматриваются, например, в [35—41]. [c.277]

Тем не менее метод балансных уравнений оказывается весьма полезным при рассмотрении динамики лазеров. Как показывает практика расчетов, такой упрощенный подход позволяет достаточно корректно рассмотреть ряд вопросов, связанных с изменением во времени параметров одномодового лазера и его излучения. В частности, метод балансных уравнений позволяет выявить основные черты динамики процессов в режиме свободной генерации и в режимах генерации гигантских импульсов, включая режимы работы лазера с просветляющимся фильтром. Балансные уравнения используются также при рассмотрении многомодовых лазеров 4, 71, 72]. [c.301]

Полная система балансных уравнений для лазера с просветляющимся фильтром. Полная система балансных уравнений должна включать уравнение (3.7.17) или (3.7.16) для усредненной плотности светового потока в резонаторе, уравнение баланса для активного элемента и уравнение баланса для просветляющегося фильтра. В качестве уравнения баланса для активного элежнта возьмем второе уравнение (3.2.37), а в качестве уравнения баланса для фильтра возьмем уравнение (3.7.6). Таким образом, полная система балансных уравнений для лазера с просветляющимся фильтром имеем следующий вид [c.355]

Система балансных уравнений (3.7,18) (или в безразмерной форме (3.7.26)) является основой для рассмотрения развития во времени процессов в одномодоеом лазере с просветляющимся фильтром [2, 4, 7, 17, 104, 105] >. [c.357]

Следует подчеркнуть, что опри определенных условиях (при определенных значениях параметров С, р, б, а, а ) оба стационарных состояния генерации (3.7.29) и (3.7.30) оказываются неустойчивыми. Это означает, что даже при стационарной накачке и стабильности параметров активного элемента, фильтра, резонатора режим генераии лазера с просветляющимся фильтром может быть нестационарным. Иными словами, сам факт наличия внутри резонатора просветляющегося фильтра может приводить к неустойчивости стационарной генерации. [c.359]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...