Пассивная синхронизация мод в лазерах на красителях

Процесс установления импульсного режима генерации в синхронно накачиваемых лазерах может быть разделен на три различные фазы, аналогичные фазам установления активной синхронизации мод и пассивной синхронизации мод в лазерах на красителях. В течение первой фазы усиления из шумового сигнала образуется импульс, энергия которого с каждым проходом резонатора растет, а длительность уменьшается. [c.153]

Пассивная синхронизация мод в лазерах на красителях 187 [c.187]

Длина резонатора обычно выбирается порядка 1 м. В этом случае интервал между импульсами составляет 10 не. Свойства красителя, а также расположение кюветы с красителем внутри резонатора являются дальнейшими важными факторами, влияющими на процесс синхронизации мод. Аналогично тому как это имело место при пассивной синхронизации мод в лазерах на красителях, в твердотельных лазерах оптимальные условия синхронизации мод и наиболее короткие импульсы получают при применении насыщающихся поглотителей с тонким слоем, находящихся в контакте с зеркалом резонатора [7.17, 7.18]. В отличие от лазеров на красителях в твердотельных лазерах время релаксации насыщающегося поглотителя, согласно теории, должно быть короче или по крайней мере равно по порядку величины длительности импульса. Полоса частот поглощения поглотителя должна лежать внутри спектра вынужденного излучения лазера. Полуширина этой полосы частот должна [c.257]

Основой механизма пассивной синхронизации мод, как и активной синхронизации, является временная модуляция потерь в резонаторе. Однако в отличие от активной при пассивной синхронизации система сама определяет моменты времени, соответствующие минимуму потерь. Процесс образования импульсов в лазерах на красителях может быть объяснен следующим образом после того как излучение накачки обеспечило превышение над порогом генерации лазера, в резонаторе начинается процесс установления вынужденного излучения, затравкой которого является спонтанный шум. В рассматриваемом здесь многомодовом режиме излучение состоит из множества статистически перекрывающихся во времени флуктуационных пиков. Вследствие большого сечения рабочего перехода лазерного [c.187]

Рис. 6.2. Схематическое представление процесса укорочения импульса в лазере на красителе с пассивной синхронизацией мод. Комбинированное действие процессов насыщения усилителя и поглотителя обеспечивает укорочение фронтов импульса и усиление его пика.

Уже в начале 80-х годов стало ясно, что перспективы генерации сверхкоротких импульсов УФ диапазона связаны с удвоением частоты лазеров на красителях и их последующем усилении в эксимерных усилителях. Трудности в осуществлении пассивной или активной синхронизации мод эксимерных лазеров вызваны, прежде всего, малыми временами существования инверсии в активной среде (10 —10 с), что резко ограничивает число проходов излучения по резонатору. К настоящему времени минимальная длительность, реализованная в режиме активной синхронизации мод, составляет 120 пс [74]. Итоги развития пикосекундных эксимерных систем подведены в обзоре [75]. [c.271]

Весьма эффективным методом генерации ультракоротких импульсов является так называемая пассивная синхронизация мод, при которой в лазерный резонатор дополнительно к остальным лазерным элементам вводится насыщающийся поглотитель. Это вещество, имеющее в спектре поглощения переход на частоте лазера, причем поперечное сечение поглощения должно быть по возможности большим. Для этих целей особенно подходят органические красители. При попадании импульса излучения лазера на такой поглотитель его молекулы возбуждаются, а поле падающего излучения поглощается. Рассмотрим, например, изменение населенности двухуровневой системы под влиянием поля излучения. В соответствии с (1.22) и (1.23) получим для разности населенностей AN = Ni — N2 в стационарных условиях (Tb>T2i) соотношение [c.96]

В различных применениях особенно пригодными для осуществления пассивной синхронизации мод оказались твердотельные лазеры и лазеры на красителях. Но они существенно различаются между собой не только по параметрам генерируемых импульсов, но и по самому механизму процесса генерации. Пассивная синхронизация мод в лазере на красителе характеризуется тем, что время релаксации лазерного красителя имеет тот же порядок величины, что и время прохода через резонатор вместе с тем оно велико по сравнению с длительностью импульса в установившемся состоянии лазера с непрерывной накачкой точно так же, как и время релаксации красителя, служащего поглотителем. Это условие приводит к тому, что снижение усиления играет важную роль в формировании импульса. Благодаря комбинированному действию насыщаюш,егося поглотителя (ослабляющего передний фронт импульса) и усилителя (ослабляющего задний фронт импульса) становится возможным такой режим лазера, при котором образуется ультракороткий импульс. В отличие от лазера на красителе синхронизация мод в твердотельном лазере характеризуется тем, что время релаксации усилителя очень велико по сравнению с временем прохода в резонаторе. При этом условии основой формирования ультракороткого импульса служит следующий механизм. Быстро релаксирующий насыщающийся поглотитель выделяет один-единственный интенсивный флуктуационный максимум из флуктуирующего шумового фона. Далее этот пик интенсивности [c.97]

Синхронизация мод в лазере на красителе с помощью насыщающегося поглотителя была впервые осуществлена Шмидтом и Шёфером [6.1]. Они наблюдали возникновение цуга коротких импульсов в лазере на родамине 6G, накачиваемом импульсной лампой при помещении в его резонатор кюветы с красителем, игравшим роль насыщающегося поглотителя. Результаты Шмидта и Шёфера были повторены Бредли и О Нейлом, измерившими длительность импульсов методом двухфотонной люминесценции (см. гл. 3). Она оказалась равной 5 пс [6.2]. Пример схемы лазера на красителе с пассивной синхронизацией мод показан на рис. 6.1. Накачка кюветы с красителем осуще- [c.186]

Фемтосекундные импульсы в лазерах на красителях с пассивной синхронизацией мод. Схема кольцевого лазера на красителе со сталкивающимися в струе поглотителя импульсами приведена на рис. 6.6а. Сокращение длительности импульса в такой системе обусловлено оптимальными условиями просветления поглотителя при интерферен- [c.246]

Режим ультракоротких импульсов. В работе [15] была реализована стационарная генерация ультракоротких импульсов ( = 15 пс) в лазере на красителе (родамин-6С) с пассивным обращающим зеркалом на BaTiOa, синхронно накачиваемом квазинепрерывным (/ = 76 МГц) Аг-лазером с синхронизацией мод ( = 514,5 нм, = 150 пс, < > = 700 мВт). Резонатор лазера на красителе содержал трехступенчатый двулучепреломляющий фильтр для селекции и перестройки спектра генерации. С учетом чрезвычайно жестких требований к согласованию оптической длиШ резонаторов обоих лазеров процедура получения генерации в гибридном лазере была более сложной, чем в предьщущих случаях, и состояла из сл цующих этапов [c.199]

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]

Первые эксперименты по получению ультракоротких импульсов путем пассивной синхронизации мод твердотельного лазера были выполнены в 1965 г. Мокером и Коллинзом [7.1 на основе рубинового лазера.и в 1966 г. Де Мариа и др. [7.2 на основе лазера на стекле с неодимом. В то время как длительности импульсов, генерируемых твердотельными лазерами, в общем случае превышают длительности импульсов лазеров на красителях с пассивной синхронизацией мод (около 15— 20 ПС в рубиновом лазере и от 2 до 10 пс в лазере на стекле с неодимом), пиковая интенсивность импульсов твердотельных лазеров существенно выше. Так, например, для рубинового лазера она составляет несколько сот МВт/см , для лазеров на стекле с неодимом — несколько ГВт/см . [c.228]

Эксперименты подобного рода открывают возможность проследить в реальном времени физику процессов лазерно-индуцированных фазовых превращений в твердых телах. В КАРС-спектрохронографии были зарегистрированы [59] с пикосекундным временным разрешением спектры оптического фонона в кристаллическом кремнии при разных уровнях возбуждения (вплоть до плавления). Блок-схема экспериментальной установки представлена.нарис. 3.24. Источниками пи -косекундных импульсов с перестраиваемыми частотами oi и сог служили два лазера на растворах органического красителя, синхронно накачиваемые цугами импульсов второй гармоники YAG Nd + лазера с пассивной синхронизацией мод. Излучение с частотой oi служило и для возбуждения кристалла. [c.150]

До недавнего времени фемтосекундные лазеры с пассивной синхронизацией мод работали в сравнительно узком диапазоне длин волн 610—640 нм, определяемом выбором усиливающего и поглощающего красителей (родамин 6Ж и DOD I). Авторы [16] подобрали семь пар красителей, позволяющих перекрыть спектральный диапазон от 550 до 700 нм. Дальнейшее продвижение в ИК диапазон осуществлено в работе [17], авторы которой в схеме с комбинированной синхронизацией мод получили импульсы длительностью до 65 фс на длине волны излучения 850 нм и продемонстрировали перестройку в интервале длин волн 840—880 нм. [c.248]

Авторы [77] выбрали в качестве задающего генератора квазинепре-рывный YAG Nd + лазер с активной синхронизацией мод, который, после удвоения частоты, накачивал лазер на красителе с пассивной синхронизацией мод. Последний генерировал импульсы длительностью 1,5 ПС на длине волны 0,745 мкм при средней мощности 40 мВт. Они сжимались в волоконно-оптическом компрессоре до 150 фс и усиливались двухкаскадном усилителе на красителе, накачиваемом второй гармоникой YAG лазера с модулированной добротностью. [c.272]

Оригинальный подход к измерениям временных зависимостей ин-тенсивности и фазы фемтосекундных импульсов реализован авторами [98]. Измеряемый импульс направляется в интерферометр Майкель-сона, в одно из плеч которого помещена стеклянная пластинка (типичная толщина 5 см) с известными дисперсионными свойствами. На выходе интерферометра регистрируется кросс-корреляционная функция поля исходного и уширенного, в результате прохождения сквозь диспергирующую пластину, импульсов. Детали нетривиального алгоритма восстановления временного распределения фазы по интерферо-метрической кросс-корреляционной функции приведены в [98]. Иллюстрацией практического применения служит нахождение временного поведения фазы фемтосекундного импульса (т - 10 фс), генерируемого лазером на красителе с антирезонансным кольцом в режимах пассивной и комбинированной синхронизации мод. Показано, что частотная модуляция генерируемых импульсов обусловлена измене- [c.285]

В экспериментах [101] (рис. 6.38) исследовалась стабильно-сть параметров излучения различных типов лазеров аргонового (с активной синхронизацией мод), синхронно-накачиваемого лазера на красителе, и кольцевого лазера с пассивной синхронизацией мод, работ ающего по схеме сталкивающихся в поглотителе импульсов. В частности, показано, что случайные дрожания импульсов накачки аргсонового лазера с характерным стандартным отклонением 20 пс и временем [c.288]

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]

Теоретическое исследование лазеров на красителях с пассивной синхронизацией мод было впервые выполнено Нью на основе скоростных уравнений [6.8, 6.9]. Он показал, что использование комбинированного действия насыщающегося поглощения и снижения усиления позволяет ускорить процесс укорочения импульса при надлежащем выборе параметров лазера, обеспечивающем подавление импульса на фронтах и усиление его пика. (Эту область параметров называют также статической зоной укорочения импульса.) Такой анализ не учитывал частотно-зависимых эффектов и эффектов ограничения полосы частот. Это не позволило описать стационарный режим и теоретически оценить достижимые длительности импульсов, их форму и т. д. (в приближении применения скоростных уравнений длительность импульса с ростом числа его проходов стремится к нулю). Простое аналитическое описание стационарного режима было сделано Хаусом. Он учел зависящее от частоты действие оптического фильтра [6.10], но одновременно использовал ряд приближений, такие, как малая (по сравнению с энергией насыщения усилителя и поглотителя) энергия импульсов и малые потери и усиление за один проход, что сильно ограничило область применимости полученного решения. В результате этого допустимые параметры лазера оказались заключенными в весьма малую область, не содержащую зачастую экспериментально реализуемых величин В дальнейшем изложении мы будем следовать одной из работ Хермана и Вайднера, в которой процесс синхронизации мод исследовался при более общих условиях и на энергию импульсов, потери и коэффициент усиления никаких ограничений не налагалось [6.11]. [c.189]

Разработка лазеров на красителе с непрерывной накачкой дала возможность получить посредством пассивной синхронизации мод непрерывную последовательность пикосекудных импульсов. Возможная конструкция резонатора такого лазера показана на рис. 6.12 [6.14]. В качестве источника накачки используется аргоновый лазер непрерывного действия. Его излучение проходит мимо кварцевой призмы и фокусируется сферическим зеркалом на свободно текущий лазерный краситель. Насыи ающийся поглотитель контактирует с глухим зеркалом и протекает через кювету тонким слоем, толщина которого может меняться от 200 до 500 мкм. Плоские поверхности кюветы с красителем наклонены так, чтобы предотвратить образование дополнительных резонаторов Фабри—Перо. Пучок [c.217]

Пассивная синхронизация мод лазеров на красителях позволила получить наиболее короткие импульсы. Этот метод, однако, имеет некоторые недостатки, такие, как большая критичность к согласованию параметров накачки и резонатора, необходимому для обеспечения стабильного режима, а также ограниченная насыщающимся поглотителем область перестройки, В то же время преимуществом метода синхронной накачки является возможность перестройки в широком диапазоне частоты излучения и некритичность к выбору интенсивности накачки, С другой стороны, однако, импульсы, полученные методом синхронной накачки, не столь коротки. Кроме того, необходимо точное согласование длины резонатора лазера на красителе с расстоянием между импульсами. Для одновременной реализации преимуществ обоих методов синхронизации в некоторых работах [6.26—6.28] было предложено использовать режим двойной синхронизации, который состоит в одновременном применении синхронной накачки и дополнительной пассивной синхронизации при помощи насыщающегося поглотителя. Так, в результате применения струи, в которой были смешаны поглотитель и усилитель, помещенной в резонатор аргонового лазера с аку-стооптической синхронизацией мод, были получены импульсы [6.28] длительностью 0,3 пс при возможности перестройки в диапазоне от 574 до 611 нм. При этом лазер оказался менее критичным к подстройке длины резонатора, чем в случае синхронной накачки. Применяемый в методе двойной синхронизации насыщающийся поглотитель, как уже отмечалось при описании метода синхронной накачки, подавляет паразитные импульсы. Паразитные импульсы проходят через активную среду одновременно с импульсом накачки и основным импульсом, но в противоположном направлении. Однако при обратном движении эти импульсы проходят через поглотитель в разные моменты времени. Как было упомянуто, применяя струю, состоящую из смеси родамина 6G и быстронасыщающегося поглотителя DQO I, Моро и Зицер получили методом двойной синхронизации импульсы длительностью 70 фс [6.30, 6.31]. В качестве лазера накачки они применяли AHr-.Nd — лазер с синхронизацией мод и удвоением частоты излучения. [c.227]

Этот метод позволяет также генерировать белые импульсы фемтосекундной длительности с широким спектром. Для этого импульсы от лазера на красителе с пассивной синхронизацией мод или синхронной накачкой длительностью 60—100 фс усиливаются до гигаваттной мощности и фокусируются на соответствующий образец. Форк, Шенк, Йен и Хирлимен (см. [19]) использовали в качестве образца струю этиленгликоля толщиной всего 0,1 мм. Спектр полученных таким образом белых импульсов простирался от 0,19 до 1,6 мкм. [c.290]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...