Методы модуляции 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]

Методы модуляции добротности [c.287]

Пассивная модуляция добротности с помощью насыщающегося поглотителя представляет собой самый простой метод модуляции добротности. Основным недостатком этого метода является фотохимическая деградация насыщающегося поглоти- [c.294]

Имеются также и другие способы введения потерь, приводящие к соответствующим методам модуляции добротности. [c.314]

Синхронизация мод. Продолжительность импульсов излучения лазера, получаемых методом модуляции добротности, обычно колеблется в пределах 10 7—10 в с. С помощью ячеек Керра удается получать импульсы продолжительностью т = 1о 9 с. Более короткие импульсы ( 10 2 с) получаются в результате синхронизации мод. Суть синхронизации мод состоит в следующем. [c.318]

Широко используемые в настояш,ее время методы модуляции добротности резонатора разделяются на пассивные [c.176]

Остановимся на активных методах модуляции добротности. [c.178]

Суть метода модуляции добротности заключается в следующем. Если убрать одно из зеркал, то фотоны будут иметь очень короткое время жизни в активной среде. Даже при очень интенсивной накачке пороговое условие генерации не может быть выполнено и лазер генерировать не будет. Поскольку в процессе лазерной генерации инверсия падает, в отсутствие зеркала можно достичь очень большой инверсии, пока нет генерации. Если затем резко поставить зеркало в его правильное положение, начнется генерация с с очень большой начальной инверсией. Так как в уравнении (4.12) разность 0 Х —2 и очень велика, можно ожидать экспоненциального лавинообразного нарастания числа фотонов п, т. е. должен испускаться гигантский импульс. Энергия в импульсе и его ширина будут ограничены, согласно (4.11), большим числом фотонов п в последнем члене этого уравнения, который уменьшает инверсию. Этим в соответствии с (4.12) будет замедляться увеличение числа [c.88]

Для достижения кратковременных высоких мощностей могут, кроме того, использоваться описанные в разд. В 1.12 методы модуляции добротности и синхронизации мод. [c.34]

Выходное излучение ранних твердотельных лазеров обычно состояло из серий острых всплесков с продолжительностью серий во много микросекунд. Длительность каждого всплеска составляла 10 не, а их пиковая мощность редко превышала 10 кВт. Лазерное излучение в такой форме имело ограниченную ценность для лазерного дистанционного зондирования. Метод модуляции добротности позволяет сконцентрировать большую лазерную энергию в одном очень интенсивном импульсе с пиковой мощностью, которая может превышать 10 Вт, и длительностью 20 НС. [c.185]

Метод модуляции добротности хорошо подходит для случая твердотельных лазеров, таких, как лазеры на рубине и неодимовом стекле, но не используется для жидкостных лазеров на красителях и большинства газовых лазеров. Существуют грн основных способа модуляции добротности. [c.186]

Модуляция добротности в описанном выще виде не подходит для короткоживущих лазерных уровней — в этом случае применяется другой способ создания коротких импульсов большой мощности, называемый модуляцией добротности с импульсным открыванием резонатора. В отличие от предыдущего метода модуляций добротности поле излучения нарастает в резонаторе из двух первоначально полностью (или почти полностью, насколько это оказывается возможным) отражающих зеркал. Затем в определенный момент, когда поле излучения внутри резонатора достигнет почти максимальной интенсивности, излучение выводится из резонатора с помощью электрооптического затвора типа ячейки Поккельса или призменного поляризатора Глана (рис. 5.14) либо с помощью оптоакустического дефлектора. Недавно с использованием импульсного открывания резонатора было достигнуто некоторое сжатие импульса энергии излучения в лазере на органическом красителе, накачка в котором осуществлялась с помощью лампы-вспышки. [c.188]

Как нетрудно понять, изменение ориентации призмы изменяет добротность оптического резонатора. Поэтому описанный метод формирования коротких мощных импульсов получил наименование модуляции добротности оптического резонатора. Лазеры, работающие в таком режиме, называются лазерами с модулированной добротностью. Соответственно условия работы лазера с неизменной во времени добротностью называют режимом свободной генерации. [c.790]

Описанный режим, получивший название режима генерации сверхкоротких импульсов, реализуется во многих лазерах. Иногда он возникает самопроизвольно, но в этом случае расстояние между соседними импульсами всего в несколько раз больше их ширины. Для получения особо контрастных импульсов применяются специальные методы. Некоторые из них заключаются в периодической модуляции добротности резонатора (с периодом 2ис). В других методах генерация сверхкоротких импульсов достигается за счет введения внутрь резонатора специальных фильтров, коэффициент поглощения которых резко уменьшается при больших интенсивностях излучения (эффект насыщения, см. 224). [c.811]

Быстрое изменение добротности резонатора, или, как говорят, модуляцию добротности, можно осуществить различными методами. Одним из наиболее распространенных и удобных методов является применение насыщающегося фильтра. Насыщающийся фильтр представляет собой кювету с раствором красителя, который способен поглощать излучение лазера. В обычном состоянии фильтр имеет малый коэффициент пропускания - 10—15% и, будучи помещен в резонатор, сильно ухудшает его добротность. Под действием достаточно мощного излучения значительная часть молекул красителя может перейти в возбужденное состояние, вследствие чего коэффициент поглощения красителя уменьшается. Это явление — насыщение поглощения и просветление среды — имеет ту же природу, что и явление насыщения усиления (см. стр. 289). [c.298]

Модуляция добротности (т. е. резкое ее увеличение) может быть произведена различными методами. Наиболее распространен метод, состоящий в замене одного из зеркал резонатора, имеющего коэффициент отражения, близкий к единице ( глухого зеркала), вращающейся призмой, чаще всего с полным внутренним отражением. Когда призма занимает положение I (рис. 15), она не образует резонатора и при этом имеют место большие потери. При положении призмы II свет, отраженный от неподвижного зеркала, [c.29]

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]

В случае непрерывного лазера с модуляцией добротности метод разгрузки резонатора можно использовать периодически для получения цуга ультракоротких импульсов, частота следования которых равна теперь частоте работы устройства разгрузки, а не частоте повторения /2L, устанавливаемой временем полного прохода резонатора. Если эта частота достаточно низка (100 кГц—1 МГц), то соответствующий промежуток между двумя последовательными разгрузками резонатора (1 — 10 мкс) обеспечивает достаточное время для восстановления синхронизации мод. Поэтому метод периодической разгрузки резонатора позволяет получить последовательность ультракоротких лазерных импульсов при намного более низкой частоте [c.324]

К числу основных модулей относятся задающие генераторы с фиксированной длиной волны, выполненные на основе твердотельных или ионных лазеров. В последнее время особый интерес вызывают высокостабильные лазеры на гранате с неодимом, работающие в режиме активной синхронизации мод или в сдвоенном режиме — синхронизации мод и модуляции добротности. Преобразование частоты задающих генераторов, как правило с уменьшением длительности, осуществляется методами нелинейной оптики (генерация гармоник, параметрическое преобразование частот) или путем накачки перестраиваемых по частоте лазеров (на красителях, центрах окраски, полупроводниковых или ВКР лазеров). [c.240]

Для усиления энергии излучения после лазерного генератора помещают либо одну, либо две ступени усилителя (рис. 97). При модуляции добротности целесообразно поместить в резонатор устройство для селекции продольных типов колебаний. Таким методом можно получить когерентные световые импульсы с энергией, составляющей единицы джоулей, и длиной когерентности до десятков метров. [c.137]

Модуляция добротности — метод получения одиночных коротких лазерных импульсов большой мощности, при котором добротность резонатора лазера быстро увеличивается от небольших начальных значений до очень больших величии. [c.186]

Учитывая уникальность и метода и аппаратурной реализации ЛП-лидаров, дадим для иллюстрации краткое описание ЛП-ли-дара с твердотельным лазером на рубине и выносным зеркальным отражателем. Резонатор лазера образован диэлектрическим зеркалом и выходным зеркалом, роль которого выполняет торец линзы с диэлектрическим покрытием. Предусмотрена система вакуумирования до 10- тор и заполнения заданным газовым составом с регулируемыми парциальными давлениями газов активной части резонатора и полости телескопа. Лазер работает в импульсно-периодическом режиме с частотой 0,5 Гц, без модуляции добротности. Часть излучения выводится через зеркало резонатора с коэффициентом пропускания 1—2 % и поступает на систему регистрации. В лидаре предусмотрены отображение на осциллографе кинетики мощности лазерной генерации, а также регистрация тонкой структуры спектра лазерной генерации с по- [c.216]

Для скрайбирования кремния, обладающего высокой поглощательной способностью на полосе 1 мкм, применяются ИАГ-лазеры свободной генерации или с модуляцией добротности. Для прецизионной резки полупроводниковых материалов может использоваться установка на базе импульсного лазера на азоте. В отлитие от полупроводников, обработанных излучением твердотельных лазеров, работающих в режиме свободной генерации, монокристаллы сурьмянистого индия, арсенида галлия и германия, подвергнутые воздействию излучения азотного лазера, не изменяют структуру вблизи зоны реза. Указанное обстоятельство является весьма важным, так как даже незначительное изменение структуры поверхности полупроводника может сильно изменить его электрофизические свойства. Этот метод был применен для разделения плоского /7-л-перехода на ряд элементов различной конфигурации. [c.317]

Сверхкороткие лазерные импульсы генерируются с помощью процесса, известного под названием синхронизация мод. Хотя этот метод не столь эффективен, как модуляция добротности [c.188]

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]

В 1961 г. Хелвертс впервые предложил метод модуляции добротности, который позволил значительно поднять мощность излучения благодаря сокращению длительности импульса до 10 ... 10" с. [c.7]

МОДУЛЯЦИИ ДОБРОТНОСТИ МЕТОД — и квантовой электронике метод получения одиночных коротких импульсов лазерного излучения большой мощности, при к-ром добротность оптич. резонатора лазера быстро увеличивается от небольших начальных значений до очень больших. М. д. м. осуществляется с помощью электромеханич. и оптомеханич. затворов (см. [c.183]

П, э. играет большую роль в квантовой электронике в нелинейной оптике ячейки с просветляющимся веществом используются для т, н. пассивной модуляции добротности и синхронизации мод лазеров, формирования коротких импульсов в лазерных усилителях и т. п. П, э. в газовых средах, помещённых в резонатор лазера а. обладающих доплеровски уширенной линией поглощения на частоте генерации, используется для стабилизации частоты и сужения линий генерации. В нели-нейной спектроскопии наблюдение П. а. в неоднородно уширенных линиях поглощения является ордт/i из методов регистрации спектров с высоким разрешением. [c.151]

Усилитель. Проблемы разработки и расчета характеристик усилителя в лазерной системе, в том числе и на основе газов, возникают прежде всего тогда, когда от этой системы необходимо получить более короткие и более интенсивные импульсы излучения, чем при использовании одного генератора с применением техники модуляции добротности и сихронизации мод. Кроме этого усилитель широко используется в лазерных системах с частотной селекцией и селекцией пространственного распределения поля излучения. В таких системах исходное излучение формируется задаюш,им генератором небольшой мош,ности, в кототом разработанными методами селекции частоты и пространственного распределения сравнительно легко добиваются заданных характеристик излучения. Роль усилителя в такой системе сводится к усилению полученного от задаюш,его генератора излучения до нужного уровня мош,ности, причем искажения, вносимые усилителем во все характеристики исходного сигнала, не должны превышать пределов точности их экспериментальных определений. В этом разделе мы остановимся на анализе и расчете характеристик молекулярных газовых усилителей (МГУ) излучения СОа-лазера. Это опять же связано с широким кругом прикладных задач, в которых используют такие системы, начиная от лазерного термоядерного синтеза и прикладной нелинейной оптики в ИК-Диапазоне и кончая современной технологией. Сразу отметим, что весь алгоритм этого анализа и расчета может быть использован при разработке усилителя на любых газах с возбуждением его активной смеси электрическим разрядом. Обш,ей схемой анализа МГУ можно считатьструктурнуюсхему для лазеров (см, рис. 2.3). Для задач усилителя в ней исключается из описания Резонатор и вместо уравнения, описываюш,его режим генерации, в блоке Mil в полуклассическую модель вместо (2.21, г) и в балансную модель вместо (2.22, в) вводятся уравнения, описываюш,ие прохождение излучения в среде усилителя, а именно [c.77]

Третий и четвертый члены в правой части уравнения (4.144) описывают изменение инверсии рабочих уровней под действием накачки и спонтанных переходов. Если длительность генерируемых импульсов настолько мала, что за время, равное их длительности, изменение инверсии под действием накачки и за счет спонтанных переходов невелико, то третьим и четвертым членами в уравнении (4.144) можно пренебречь. Это, как правило, справедливо для режима модулированной добротности. В случае модуляции добротности (исключая пассивные методы с использованием фото-тропных веществ) изменение добротности соответствует изменению во времени коэффициента полных потерь к от пот (О-Необходимо отметить, что V в уравнении переноса (4.146) — так называемая эффективная скорость фотонов в резонаторе с активным и фототропным элементами. Она позволяет избежать математических трудностей, связанных с тем, что активная и фото-тропная среды находятся в различных областях пространства и учитывает реальное замедление фотонов в активной среде (скорость распространения v — с/п) и в фототропной (скорость распространения Кф =с1пф). Для случая, когда используется полностью система уравнений (4.144) — (4.146), т. е. при введении фототропного затвора в резонатор, формула для эффективной скорости движения фотонов в резонаторе может быть записана в виде [c.222]

От этих недостатков свободны методы голографической интерферометрии с импульсными лазерами, работающими в режиме свободной генерации или с модуляцией добротности. В случаях, когда исследуемые деформации велики и процесс быстропротекающий, может быть использована дифференциальная интерферометрия с помощью двухимпульсного лазера, позволяющая определить перемещения в течение некоторого интервала времени между парой импульсов (обычно от единиц до сотен микросекунд). Двухимпульс-ный голографический интерферометр не требует специальной виброизоляции оптической системы. Однако, чтобы проследить за развитием процесса перемещения отдельных точек конструкции, необходимы многочисленные повторные эксперименты с различным временем задержки и точной временной привязкой. Это существенное ограничение устраняется в случае применения киноголографи-ческой установки для съемки с частотой несколько десятков кадров [c.172]

Если Шо <С d, то величиной а можно пренебречь и в качестве граничного угла разъюстировки аг, за которым каустики уже не удерживаются внутри резонатора, можно принять такой, при котором ось резонатора касается апертурной диафрагмы. Знание величины этого угла необходимо при расчетах скорости вращения зеркала резонатора при оптико-механической модуляции добротности [6, 8]. Связать аг с геометрическими параметрами резонатора нетрудно с помощью лучевых матриц. Расчет положения разъюстированного резонатора устойчивой конфигурации таким методом приведен в работе [30], Если разъюстируемым элементом является плоское зеркало, как это показано на рис. 2.14, то положение оси резонатора в плоскости этого зеркала задается параметрами уо и ао, определяемыми выражениями [c.78]

Поляризационные характеристики излучения лазеров с пространственно однородной анизотропией. Отметим, что матричный метод, позволяя довольно просто определить собственные поляризации анизотропных резонаторов, не дает ответа на вопрос о том, какое состояние будет иметь излучение, реально генерируемое лазером (точно так же, как знание распределения амплитуд и фаз мод пустого резонатора не позволяет еще судить о расходимости света, испускаемого лазером). В связи с этим прежде чем перейти к рассмотрению лазеров с неоднородной анизотропией резонаторов, нужно остановиться на результатах экспериментального определения поляризационных характеристик излучения однородно-анизотропных лазеров. Экспериментальное исследование поляризационных характеристик таких лазеров часто осложняется тем, что при малой величине амплитудной анизотропии (и произвольной величине фазовой), когда разница потерь мод, связанная с поляризационной анизотропией, мала или вовсе отсутствует, генерируется смесь собственных поляризаций. Излучение при этом оказывается квазинеполяризо-ванным и разделить его на составляющие довольно сложно. Отметим, что можно добиться весьма сильной дискриминации по потерям мод, входящих в генерацию, при работе лазера в режиме пассивной модуляции добротности. Наряду с известным [c.93]

В работах [9, 15, 61] было получено и исследовано восстановленное изображение контура другого фазового предмета — плазмы. С целью получения плазмы излучение рубинового лазера с модуляцией добротности фокусировалось в некоторой точке воздушного объема. Несфокусировавшееся излучение лазера использовалось [15] для получения голограмм габоровского типа. Затем [61] удалось сфотографировать лазерную искру на трех стадиях ее развития по двухлучевой схеме Лейта — Упат-ниекса. По измерению голограммы удалось подсчитать плотность электронов на различных этапах пробоя. Для наблюдения восстановленного изображения искры использовались шлирен-метод и гелий-неоновый лазер на 0,63 мкм [9]. [c.323]

Данное расхождение объясняют следующим образом. Величина Is в выражении (5.161) представляет собой скорость спонтанного излучения изолированного возбужденного иона лазерной среды. Но она должна быть заменена параметром который представляет собой скорость затухания возбужденных ионов, принадлежащих совокупности ионов с инверсной заселенностью. Величина Лло) значительно превышает gs, и накачки лазера с gp == может оказаться недостаточным, для того чтобы накачать систему до значения щ = 0,8. В экспериментальных условиях величина т]о по ряду причин может быть меньше 0,8, но очевидно, что для любого лазера с модуляцией добротности полезно уметь экспериментально определять значение цо. В литературе [84] можно найти подробное излол<ение экспериментального метода определения этой величины. [c.298]

Зависимость параметров генерируе.мого излучения от периода или частоты модуляции обусловлена взаимосвязью импульсов через инверсную населенность. С этим же обстоятельством связана стабильность генерации серии, т. е. минимальный интервал времени между генерируемыми импульсами, при котором импульсы идут еще без пропусков. Выражение для следующее из анализа устойчивости, совпадает с формулой (2.82) в гл. 2 для времени задержки генерации. Из этой формулы следует, что частота следования импульсов, генерируемых таким методом, ограничена на уровне несколько десятков килогерц. Отметим, что генерация серий импульсов возможна не только при активной, но и при пассивной модуляции добротности с помощью просветляющегося затвора с большим временем релаксации. Максимальная частота генерируемых при этом серий импульсов определяется превышением порога и составляет около 10 кГц [17, 181. [c.204]

Для модуляция добротности часто используют вращающуюся 90-градусвую призму. Кроме того, в некоторых рубиновых лазерах применяют стержни, один конец которых обработан в виде такой 90-градусной призмы, другой же является плоским. Для анализа подобной системы можно применить матричный метод. На рис. 5.2 показаны конфигурация такого резонатора и испол .-зуемая система координат. Матрицы относятся к плоскостям 1 [c.122]

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]

Для генерации импульсов в непрерывно накачиваемых лазерах первоначально использовалась активная модуляция добротности резонатора. Сначала был применен оптико-механический модулятор в виде вращающегося зеркала [60]. Однако такой метод модуляции оказался малоин-тересньш при непрерывной накачке из-за плохой стабильности амплитуды от импульса к импульсу (что связано с плохой воспроизводимостью положения отражающей плоскости вращающегося зеркала). Широкое признание получили появившиеся позднее акустооптические модуляторы. Они позволили достичь предельно высоких частот следова-ния импульсов / 50 кГц [59]. [c.282]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...