Пикосекундные импульсы

Рис. 17. Оптическая схема ОКГ для получения пикосекундных импульсов

Такой процесс синхронизации мод можно осуществить с помощью периодической модуляции добротности резонатора в процессе развития генерации. Частота внешней периодической модуляции должна быть при этом равной частотному интервалу между модами [20], Синхронизация мод приводит к циркуляции внутри резонатора одного короткого импульса. На выходе из ОКГ получается цуг пикосекундных импульсов, следующих друг за другом с интервалом времени, равным времени прохождения света в резонаторе от полупрозрачного зеркала до глухого и обратно, т. е. % = 2L/ . [c.32]

Развитие лазерной техники, и в особенности методов получения нано- и пикосекундных импульсов когерентного излучения, поставило перед Ф. и. задачи разработки новых методов измерений, таких, как детектирование световых импульсов нелинейными кристаллами (см. Нелинейная оптика), применение функций корреляции высших порядков и др., а также задачи создания приёмников излучения с высоким временным разрешением и широким динамич. [c.353]

X = 1,55 мкм, I Р2 I - 20 пс км и у 20 Вт -км- Используя эти значения в уравнении (3.1.5), получаем, что нелинейные и дисперсионные эффекты пренебрежимо малы при L< 50 км, если Тр > 100 пс и Р <0,1 мВт. Lfl и становятся тем меньше, чем короче и интенсивнее импульсы. Например, и порядка 50 м при То = 1 ПС и = 1 Вт. В случае пикосекундных импульсов нужно учитывать и нелинейные, и дисперсионные эффекты, если длина световода превышает длину в несколько метров. [c.57]

Рис. 4.12. Экспериментально наблюдавшийся спектр импульса на выходе из 93,5-метрового световода, когда в него вводился 35-пикосекундный импульс. Этот спектр иллюстрирует спектральное уширение, вызываемое ФСМ. Для сравнения на рисунке также приведен начальный спектр. Крылья на краях спектра объясняются эффектом распада огибающей оптической волны. Входная пиковая мощность 235 Вт соответствует N 173 [27].

Уравнение (4.3.1) предполагает мгновенность нелинейного отклика и справедливо, только если время отклика много меньше длительности импульса То- Влияние конечного времени отклика на ФСМ было исследовано, в частности, для жидких нелинейных сред, таких, как Sj, где Т = S 10 пс, и может быть больше длительности пикосекундных импульсов Tq [2, 5]. В случае волоконных световодов T)j 5 фс из-за электронной природы нелинейности. Если длительности оптических импульсов Тд < 100 фс, необходимо учитывать конечность времени нелинейного отклика. В самой простой модели предполагается, что нелинейный отклик спадает экспоненциально, и эволюция импульса изучается на основе уравнений (2.3.37) и (2.3.39) [48]. Несколько другой подход использовать вместо уравнения (4.3.39) уравнение (2.3.35) [49]. Связь и справедливость двух подходов обсуждались в разд. 2.3. Влияние конечного времени отклика наиболее примечательно в сь 1зи с солитонами оно приводит к распаду солитонов [48, 49] и смещению частоты [50, 51]. Эти эффекты будут рассмотрены в гл. 5. [c.102]

Поведение солитонов высших порядков в случае положительной дисперсии групповых скоростей коренным образом отличается от случая отрицательной [48]. Существование темных солитонов было подтверждено в экспериментах [49, 50]. В эксперименте [49] 26-пико-секундные импульсы (на 595 нм) с провалом в центре шириной 5 пс распространялись по световоду длиной 52 м. В другом эксперименте [50] на вход 10-метрового световода поступали относительно длинные 100-пикосекундные импульсы с провалом шириной 0,3 пс, служащим темным импульсом. Импульсы на выходе имели параметры, предсказанные уравнением (5.2.2). [c.120]

Длительность импульсов солитонного лазера зависит от таких параметров световода, как его длина и значение дисперсии групповых скоростей Рз на рабочей длине волны. Для обычных световодов, имеющих Рз — 20 пс /км в области 1,55 мкм, период солитона для 0,1-пикосекундных импульсов составляет величину Zg 20 см, и поэтому трудно получить импульсы короче. Тем не менее при использовании световода с плоской дисперсионной характеристикой р, — 2,5 пс /км в диапазоне длин волн 1,4 1,6 мкм длительность импульсов, генерируемых солитонным лазером, составила 50 фс [59]. [c.125]

Рис. 6.10. Автокорреляционная функция и спектр 18-фемтосекундного импульса, полученного при сжатии начального 90-пикосекундного импульса в две стадии [38]

Поляризационная неустойчивость наблюдалась в эксперименте [34], где 80-пикосекундные импульсы на длине волны 532 нм проходили через световод длиной 53 см (измеренная собственная длина биений Lg 50 см). Входные импульсы были циркулярно поляризованы и проходили через циркулярный анализатор, расположенный на выходе световода анализатор пропускал излучение, поляризованное по кругу в противоположном направлении. Когда пиковая мощность превыщала критическую величину, форма выходных импульсов значительно изменялась. Измеренные критическая мощность и форма выходных импульсов находились в согласии с теорией, основанной на уравнениях (7.1.28) и (7.1.29). [c.188]

В первой экспериментальной демонстрации волоконного солитонного ВКР-лазера [132] накачкой служили 10-пикосекундные импульсы от лазера на центрах окраски на длине волны 1,48 мкм. Кольцевой резонатор включал 500 м сохраняющего поляризацию одномодового световода со смещенной дисперсией, длина волны нулевой дисперсии [c.252]

Рис. 10.4. Спектры 25-пикосекундного импульса накачки на выходе световода. Мощность накачки, начиная от порога четырехволнового смешения ( -500 МВт см ), прогрессивно возрастает от а к г [28].

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]

Синхронизацию мод можно осуществить при использовании фототропных затворов. Такой затвор, помещенный внутрь резонатора между глухим зеркалом и рабочим телом (рис. 17), автоматически вызывает синхронизацию, и лазер при этом также излучает последовательность пикосекундных импульсов. Действие фототропного самопросветляющего затвора сводится к тому, что, являясь нелинейным поглотителем, он сильнее подавляет малые флюктуации интенсивности и слабее большие, что приводит к наиболее быстрому усилению и сужению самого интенсивного флюк-туационного пичка. [c.32]

Если требуется получить всего один импульс, то это достигается использованием электрооптического отражателя. Сущность его действия заключается в том, что импульс не выводится из резонатора до тех пор, пока он не достигнет определенной величины. Когда пикосекундный импульс разовьется, часть его излучения автоматически включает отражатель, в результате чего он выводится наружу. Следует заметить, что необходимым условием при этом является использование в фототропном затворе веществ с весьма малым временем релаксации возбужденных состояний. [c.33]

Лазеры широко используются в химической спектроскопии, где их роль сводится не только к стимулированию химических реакций, но и к определению характера их протекания. Импульсные лазеры применяются для фотолиза веществ, в котором участвуют микросекупдные и наносекундпые импульсы. Однако использование пикосекундных импульсов позволяет повысить разрешение системы на трн-четыре порядка и открывает новые возможности для исследования фотофизических процессов. Большая мощность излучения лазера может быть вложена в малый объем твердого тела, жидкой или газовой среды, вызывая эффект пиролиза. Это может быть использовано в области микроскопических исследований, а также для ускорения специфических реакций и других целей. При определенных условиях лазеры могут служить для возбуждения определенной степени свободы в потенциально реактивных молекулах, приводя их таким образом к селективно возбужденной химической реакции. Этот метод может быть использован для исследований реакций при воздействии на них тепловым источником. Новым применением лазеров в химии является фотохимическое разделение изотопов, при котором используются такие положительные моменты, как высокая интенсивность, узкая полоса излучения и возможность настройки лазера на определенную длину волны. Облучая систему атомов или молекул, среди которых имеются изотопные элементы с несколько смещенной линией поглощения, можно возбудить их селективно и известным способом отделить от общей системы. Таким образом удалось разделить изотопы водорода (дейтерия), бора, азота, кальция, титана, брома, бария, урана и т. д. [238]. [c.222]

Развитие техники наносекундных, пикосекупдных и субпикосекупдных световых импульсов привело к резкому увеличению временного разрешения измерений в Л. с. Управляя излучением импульсных твердотельных лазеров (самосинхронизацией мод нелинейным поглотителем), можно получить излучение в виде цуга неск. десятков очень коротких импульсов длительностью 10 12—10 18 с и пиковой мощностью 10 — 10 Вт. На основе этих работ и была создана спектроскопия пикосекундных импульсов. [c.555]

ПИКОСЕКУНДНЫХ ИМПУЛЬСОВ СПЕКТРОСКОПИЯ — совокупность методов оптич. спектроскопии, в к-рых используются световые импульсы пикосекундной ( 10" с) длительности. С получением ещё более, коротких импульсов (фемтосекундных, 10" ) П. и. с. развилась в фемтосекундную спектроскопию. ПИ-МЕЗОНЫ (л-мезоны, пионы) — группа сильно взаимодействующих элементарных частиц (адронов), в к-рую входят две противоположно заряженные (л" ", л") и одна нейтральная (п ) частицы. Пионы обладают массой, промежуточной между массами протона и электрона, в связи с чем и были названы мезонами (от греч. mesos — средний, промежуточный). Пионы являются связанными состояниями пар кварков и антикварков л" " образован парой (и, )-кварков, л" — парой й, d), в л в равных пропорциях входят (и, и)- и (d, )-пары кварков. [c.583]

Подобное соотношение остается справедливым и для импульса в форме гиперболического секанса с той лишь разницей, что численный коэффициент 0,39 следует заменить на 0,43. Для пикосекундных импульсов с Го = 1 ПС и f o 1 Вт длина 100 км. Однако для фемтосекундных импульсов < 100 фс и Pq > 1 кВт г, обычно становится < 1 м. В результате значительное укручение волнового фронта импульса может иметь место уже на длине в несколько сантиметров. Оптическая ударная волна, соответствующая бесконечно резкому заднему фронту, никогда не формируется на практике из-за ДГС чем круче становится волновой фронт импульса, тем большее значение имеет дисперсионный член в уравнении (4.3.1), и его нельзя игнорировать. Влияние ДГС на укручение волнового фронта будет рассмотрено в этом разделе несколько ниже. На длину формирования Z, ударной волны также оказывают влияние и потери. В бездисперсионном случае потери световода а задерживают образование оптической ударной волны, а если az > 1, то ударная волна вообще не формируется [40]. [c.99]

Использовать солитоны в высокоскоростных линиях связи можно двояко. В первом случае цель довольно скромная солитонный эффект используют для того, чтобы увеличить длину световода (так называемое расстояние между ретрансляторами) по сравнению с расстоянием для линейной системы (малые уровни мощности, отсутствие нелинейных эффектов). Как видно из рис. 5.4, длительность солитона высшего порядка первоначально уменьшается. Начальное сжатие происходит даже при наличии потерь в световоде, и это может скомпенсировать уширение солитона из-за потерь [74]. Поскольку период солитона для 100-пикосекундных импульсов, распространяющихся на длине волны 1,55 мкм, относительно велик (> 500 км), такие импульсы могут распространяться на расстояния 100 км, прежде чем они значительно уширятся по сравнению с начальной длительностью. В работе [73] было предсказано, что расстояние между ретрансляторами можно увеличить более чем в 2 раза, когда пиковая мощность входного импульса достаточна для создания солитонов высшего порядка. Требуемые значения пиковой мощности для передачи импульсов без частотной модуляции со скоростью 8 Гбит/с относительно невелики ( 3 мВт). Так как такой уровень мощности вполне достижим для полупроводниковых лазеров, солитонный эффект легко можно использовать для улучшения работы оптических линий связи. [c.127]

В первом эксперименте на длине волны 1,06 мкм [22] 60-пикосе-кундные импульсы были сжаты в 15 раз после прохождения 10-метрового световода и пары решеток Ь 2,5 м). В другом эксперименте [23] был достигнут коэффициент сжатия 45 использовались световод длиной 300 м и компактная дисперсионная линия задержки из пары решеток. Обычно в сжатых импульсах на 1,06 мкм значительная доля энергии переносится в несжатых крыльях импульса, поскольку для уменьшения оптических потерь обычно используют меньшие длины световодов, чем те, которые предписаны уравнением (6.3.5). Когда дисперсионные эффекты не проявляются до конца, только центральная часть импульса имеет линейную частотную модуляцию и энергия в крыльях остается несжатой. Для устранения этих крыльев применяется метод спектральной фильтрации [24]. При этом используется тот факт, что крылья содержат спектральные компоненты крайних частот спектра импульса их можно устранить, помещая диафрагму (или фильтр) рядом с зеркалом М, на рис. 6.2. На рис. 6.7 сравниваются автокорреляционные функции сжатых импульсов, полученные со спектральной фильтрацией и без нее [64]. Начальные 75-пикосекундные импульсы были сжаты до 0,8 пс в обычном волоконно-решеточном компрессоре при этом коэффициент сжатия был более 90. При использовании метода спектральной фильтрации крылья в сжатом импульсе были устранены, при этом длительность импульса увеличилась лишь до 0,9 пс. Данный метод был использован для генерации импульсов заданной фопмы за счет использования специального амплитудно-фазового экрана вместо обычной диафрагмы [63-65]. Кроме того, для этих целей можно также использовать [66] модуляцию по времени импульсов с частотной модуляцией сразу на выходе из световода (до прохождения пары [c.162]

Трудно получить коэффипиенты сжатия более 100 для импульсов на длине волны 1,06 мкм, это обусловлено возникновением ВКР. В эксперименте [33] был достигнут коэффициент сжатия 110 60-пико-секундные импульсы при этом распространялись в 880-метровом световоде. Можно достичь даже больших значений степени сжатия, используя последовательность из двух волоконно-решеточных компрессоров [26, 31]. В эксперименте [31] 90-пикосекундные импульсы были сжаты до 0,2 пс при этом общий коэффициент сжатия составлял 450. В то же время пиковая мощность возросла с 480 Вт до 8 кВт. Каждый из компрессоров давал коэффициент сжатия 21. Необходимо упомянуть, что, хотя после первого компрессора в крыльях импульса была сосредоточена значительная доля энергии, импульсы после второго компрессора имели высокую контрастность. Причина заключалась в том, что импульсы имели различную начальную Длительность. 4,2-пикосекуп 1ные импульсы, вводимые во второй компрессор, достаточно коротки, и дисперсия способна линеаризо- [c.163]

В экспериментах [36-38] были получены коэффициенты сжатия 1000 при этом использовалось сжатие в две стадии, когда за волоконно-решеточным компрессором следовал солитонный компрессор. В этих экспериментах использовались 100-пикосекундные импульсы Nd YAG-лазера с синхронизацией мод, работающего на длине волны 1,32 мкм. На первой стадии использовался волоконнорешеточный компрессор здесь получены импульсы длительности порядка 1-2 ПС. Затем эти импульсы направлялись в солитонный компрессор длина световода при этом была тщательно подобрана, что позволило получить коэффициент сжатия порядка 50. В эксперименте [38] исходные 90-пикосекундные импульсы были сжаты до 18 фс (содержат только четыре оптических периода) при компрессии в две стадии, общий коэффициент сжатия составлял 5000. На рис. 6.10 [c.168]

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]

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, 8.10. Спектры, полученные в эксперименте с 25-пикосекундными импульсами на длине волны 532 мкм, распространявшимися в световоде длиной 10 м. Четыре спектра соответствуют различным энергиям импульса накачки, нормированым на Ед, где Ед соответствует порогу ВКР [101]. [c.242]

Рис. 8.11. Экспериментальные спектры импульсов накачки после прохождения 140-пикосекундных импульсов на длине волны 1,06 мкм через световод длиной 150 м при различных значеиях входной мощности. ВКР достигалось при мощности около 100 Вт [100].

Явление ВК-саморассеяния может возникать даже для пикосекундных импульсов, если порядок солитона 7V достаточно велик, чтобы исходный спектр уширился (из-за ФСМ) до 1 ТГц. Действительно, в первом эксперименте, где наблюдалось данное явление [119], входные импульсы длительностью 30 пс на длине волны 1,54 мкм распространялись по световоду длиной 250 м. На рис. 8.15 показаны спектры, наблюдавшиеся для четырех значений входной пиковой мощности Ро в пределах 50-900 Вт. При Pq > 100 Вт на красной стороне спектра появляется длинное крыло. Это значение соответствует N = 30 при данных параметрах системы. Уравнения [c.249]

Когда пикосекундные импульсы распространяются по многомодовому световоду, на протекание четырехволновых процессов действует не только ВКР, но и ФСМ, ФКМ и дисперсия групповых скоростей. В недавнем эксперименте [28] импульсы накачки длительностью 25 ПС на длине волны 532 нм распространялись по световоду длиной 15 м, поддерживавшему четыре моды на длине волны накачки. На рис. 10.4 показаны спектры излучения на выходе световода. При мощности накачки ниже пороговой наблюдалась только линия накачки (спектр а). Три пары стоксовых и антистоксовых линий со сдвигом частот 1-8 ТГц наблюдались при мощности накачки несколько выше пороговой (спектр б). Стоксовы и антистоксовы линии примерно одной амплитуды, что говорит об отсутствии заметного ВКР в этом случае. Однако при увеличении мощности накачки из-за комбинационного усиления стоксовы линии становятся намного более интенсивными, чем антистоксовы (спектр в). При дальнейшем увеличении мощности накачки стоксовы линии, близкие к пику комбинационного усиления, сравниваются по интенсивности с накачкой, а антистоксовы остаются слабыми (спектр г). В то же время наб 1юдается уширение и расщепление накачки и стоксовой линии, характ. рное для [c.291]

Следующий крупный успех — прорыв в область пикосекундных масштабов времени (t 10 с) датируется 1966—1968 гг. В эти годы были предложены и реализованы методы синхронизации продольных мод лазеров и созданы первые пикосекундные лазеры на стекле с неодимом, генерировавшие импульсы с длительностями до нескольких пикосекунд (их стали называть сверхкороткими ) и мощностями 10 —10 Вт. В те же годы были предложены и впервые продемонстрированы методы нелинейно-оптического формирования и сжатия пикосекундных импульсов, запущены параметрические генераторы перестраиваемых по частоте пикосекундных импульсов, позволившие перекрыть видимый и инфракрасный диапазоны спектра. Таким образом, была продемонстрирована эффективность использования быстрой электронной нелинейности в пико- и субпикосекундной оптической технике. [c.9]

Особый класс статистических задач оптики коротких импульсов связан с их распространением и рассеянием в случайно-неоднородных средах (см., например, [75—78]), Недавно [78] изучено многократное рассеяние пикосекундных импульсов в неоднородных средах в условиях сильной локализации фотонов (feoP l, где I — средняя длина свободного пробега). Авторы [79] синтезировали импульсы треугольной формы при помощи отражения сверхкороткого гауссовского лазерного импульса от шероховатой поверхности конуса. [c.63]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...