Двойная синхронизация мод

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]

Рис. 7.3 показывает, что вероятность срыва режима формирования импульсов в значительно большей степени зависит от скорости накачки Р, чем вероятность образования режима двойных импульсов. Очень быстрое уменьшение вероятности срыва режима формирования импульсов, особенно при больших сечениях усиления и малых сечениях поглощения (см. рис. 7.3), в какой-то степени позволяет предполагать наличие второго порога. Лазер начинает генерировать при превышении интенсивностью накачки первого порога. При этом режим синхронизации мод еще не достигается. Короткие импульсы могут образовываться только при превышении второго порога, обозначаемого через Р, выше которого вероятность срыва режима формирования импульсов резко снижается. Как мы, однако, установили, в отличие от первого второй порог не может быть определен однозначно, так как каждое значение скорости накачки Р связано лишь с определенной вероятностью образования импульсов. При меньших потерях на поглощение эта вероятность уменьшается менее резко (см. рис. 7.3, а), что затрудняет точное введение второго порога. [c.252]

Следующим условием осуществления хорошей синхронизации мод является тщательный выбор уровня интенсивности накачки, который должен лишь немного превосходить второй порог лазера. Это условие также непосредственно следует из принципа синхронизации мод в соответствии с теоретическим анализом в разд. 7.2. Более высокая интенсивность накачки является причиной быстрого нарастания вероятности образования импульсов-сателлитов. Коэффициент передачи насыщающегося поглотителя для слабого сигнала должен при этом быть по возможности меньшим (от 50 до 80%). Во многих случаях для уменьшения вероятности установления режима двойных импульсов целесообразно использовать помещенные в резонатор телескопические расширители пучка, снижающие интенсивность в красителе по сравнению с интенсивностью в усилителе. Это эквивалентно увеличению эффективного отношения поперечных сечений q°-, — площади сечения пучков соот- [c.258]

Наконец, при соотношении сечений пучков 2 1 наблюдались лишь сателлиты очень малой интенсивности. Удалось четко разделить два порога. Очевидно, что в этом случае влияние насыщения усиления обеспечивает более благоприятный режим, отличающийся малыми вероятностями срыва режима формирования импульсов и установления режима двойных импульсов. Таким образом, экспериментально были показаны сильная зависимость синхронизации мод от отношения действующих сечений активной среды и поглотителя, а также благоприятная роль насыщения усилителя при селекции основного импульса. При этом оказалось, что режим, при котором разность между двумя порогами по интенсивности максимальна, оптимален с точки зрения повторяемости формы пикосекундных импульсов и обеспечения высокого контраста. Этот режим может быть реализован лишь в том случае, когда потери для моды ТЕМоо существенно ниже потерь для поперечных мод более высокого порядка. [c.267]

ЭТОМ разгрузка резонатора происходит тогда, когда результирующий звуковой импульс взаимодействует с пучком в резонаторе. Следовательно, этот импульс должен быть синхронизован с циркулирующим в режиме синхронизации мод импульсом таким образом, чтобы оба импульса встречались в модуляторе. Заметим, что высокая несущая частота служит двойной цели, а именно позволяет осуществить амплитудную модуляцию короткими (тр = 10 не) импульсами и обеспечивает больщий угол дифракции 0d (0d = ХДа линейно увеличивается с ростом несущей частоты), 2) Пучок фокусируется в очень небольщое пятно в оптическом блоке модулятора. На самом деле продолжительность вывода излучения из резонатора определяется не только длительностью электрического импульса, но и временем прохождения звукового импульса через лазерный пучок. Выбрав, например, диаметр пятна d = 50 мкм и скорость звука v = = 3,76-10 см/с (скорость сдвиговых волн в кварце), получаем t = d/v = 3,3 НС. 3) Циркулирующий и дифрагированный импульсы заставляют взаимодействовать дважды со звуковым импульсом в модуляторе. Это обеспечивается зеркалом Мз лазера, которое также фокусирует и рассеянный пучок обратно в модулятор. Такой способ позволяет достичь высокой эффективности дифракции 70 %). [c.326]

Твердотельные лазеры с активной синхронизацией мод и модуляцией добротности. Преимуш,ества импульсных (высокая энергия) и квазинепрерывных (высокая частота повторения, стабильность) систем удачно сочетаются в непрерывно накачиваемых твердотельных лазерах, работаюш,их в режиме активной синхронизации мод и модуляции добротности. Одна из возможных схем лазера с двойной модуляцией представлена на рис. 6.4 [7]. Синхронизация мод осуществля- [c.244]

Нелинейная фильтрация и компрессия импульсов твердотельных лазеров с активной синхронизацией мод и модуляцией добротности. Преимущ,ества лазеров, работаюш,их в режиме двойной модуляции, детально обсуждались в 6.2. Главное из них — сочетание высокой импульсной мош,ности порядка 10 Вт с килогерцовой частотой повто-)ения. Для сжатия высокоэнергетичных импульсов как на основной 57], так и на удвоенной частоте [58], приходится применять сравнительно короткие отрезки световодов, L 1—10 м. Ограничение на длину световода определяется порогом вынужденного комбинационного рассеяния и приводит к неравенству /эфф1 16/ с, где g 10 см/Вт, эфф — эффективная интенсивность ( 5.5). В этом случае реализуется бездисперсионная фазовая самомодуляция, которая приводит к снижению энергетической эффективности компрессии и контраста сжатого импульса. Кроме того, лазеры с двойной модуляцией имеют более высокий уровень флуктуаций параметров излучения, что, естественно, дестабилизирует параметры сжатых импульсов. [c.262]

Первые лазеры на красителях с синхронизацией мод накачивались импульсными лампами. Пример устройства такого лазера представлен на рис. 6.1. Этот лазер накачивается ксено-новой импульсной лампой, помещенной в двойной эллиптический отражатель. Длительность накачки составляет около 1 МКС, а энергия равна примерно 100 Дж. Насыш ающийся поглотитель помещен в кювету, находящуюся в оптическом контакте с глухим зеркалом. Как уже было показано, такое расположение оптимально, так как оно позволяет добиться когерентного перекрытия в поглотителе падающего и отраженного импульсов, что облегчает достижение насыщения поглотителя. В качестве насыщающегося поглотителя для лазера на красителе родамин 6G пригоден краситель DOD I. Частота излучения лазера перестраивается эталоном Фабри—Перо. Так как с изменением длины волны усиление и поглощение в обоих красителях меняется, то для новой длины волны необходимо заново подобрать концентрацию насыщающегося поглотителя, так [c.216]

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]

Наряду с возможно меньшей вероятностью срыва процесса формирования импульсов другим важным параметром, характеризующим качество синхронизации мод в лазере, является возможно меньшее значение вероятности образования двойных импульсов. Для оценки этой вероятности надо рассчитать вероятностное распределение отношения Z интенсивности. максимального импульса к интенсивности второго по величине импульса Z = /i (/()//2 (/(). Эту функцию распределения мы рассчитаем сначала для конца линейной фазы. Поле излучения в течение этой фазы содержит М=и1хс Ко) флуктуационных выбросов. Вероятность того, что относительная интенсивность максимального выброса находится в интервале (Pi, Pi + dPi) (Pi = /i (/(o)/), a относительная интенсивность ближайшего по интенсивности выброса находится в интервале (Рг, Р2 + Ф2), в то время как интенсивности всех остальных (М — 2) импульсов лежат в интервале (О, Рг), определяется следующим выражением [7.11] [c.249]

Сравнение кривых б и в на рис. 7.3 показывает, что вероятность выделения из шума в конце линейной фазы наиболее интенсивного импульса увеличивается при снятии инверсии населенностей. В результате этого вероятность установления режима двойных импульсов уменьшается в оптимальной области примерно на один порядок. Следовательно, и в твердотельных лазерах снятие инверсии в активной среде способствует синхронизации мод, хотя механизм этого процесса полностью отличается от такового в лазерах на красителях и активная среда во время формирования моноимпульса в резонаторе еще далека от насыщения. На рис. 7,4 показаны результаты, полученные при изменении времени прохода резонатора и. Параметром кривых является р = Р1и. Кривые зависимости вероятности срыва режима формирования импульсов от времени прохода резонатора имеют четкий минимум, глубина которого растет с увеличением интенсивности накачки. Образование минимума можно объяснить тем, что с ростом времени прохода резонатора число флуктуационных выбросов в конце линейной фазы [c.252]

Выше численные примеры приводились только для лазера на стекле с неодимом и рубинового лазера. Лазер на АИГ Нс1 мы сознательно не рассматривали. Как это следует из табл. 7.1, сечение для вынужденного излучения в лазере на АИГ примерно в 20 раз больше, чем в обоих рассмотренных типах лазеров. В результате этого инверсия населенностей снимается значительно быстрее и предположение, сделанное при получении уравнения (7.46) (й< апор), больше не выполняется, что не позволяет использовать примененный выше приближенный метод расчета. Поэтому мы ограничимся лишь качественным анализом влияния на синхронизацию мод большого значения эффективного сечения. Обусловленное им более быстрое снятие инверсии повышает вероятность срыва режима формирования импульсов, в результате чего требуемые для синхронизации мод скорости накачки также растут. С другой стороны, однако, более быстрое снятие инверсии населенностей благоприятным образом сказывается на снижении вероятности установления режима двойных импульсов, которая поэтому при не слишком больших скоростях накачки оказывается суш,ественно меньшей. Обеспечение малой вероятности установления режима двойных импульсов, как следует из предыдуш,его рассмотрения, в большей степени сужает диапазон допустимых изменений параметров установки, чем обеспечение малой вероятности срыва режима установления импульсов. Поэтому большее значение сечения излучения повышает при оптимальных условиях стабильность режима генерации коротких импульсов, что подтверждается экспериментом. [c.253]

Будем рассматривать движение гауссова сверхкороткого светового импульса внутри резонатора, содержащего акустооптический модулятор см. рис. 3.64 (/ — активный элемент, 2 — акустооптический модулятор, 3 — зеркала резонатора). Световой импульс движется от исходной опорной плоскости Р, как показано на рисунке стрелками. Используя определенные предположения (см. ниже), можно вычислить параметры импульса после прохождения им активного элемента и модулятора (с учетом потерь). Под параметрами импульса понимаются его длительность, средняя мощность, сдвиг по времени относительно момента, отвечающего нулевым потерям в модуляторе. Определив разность значений того или иного параметра для конечного (после двойного прохода резонатора) и исходного импульсов и поделив эту разность на время двойного прохода, находят производную по времени для данного параметра [1351. В результате можно получить систему дифференциальных уравнений, описывающих процесс установления режима синхронизации моД. Анализ этой системы позволяет определить области неуспюйчивости рассматриваемого режима [136]. [c.406]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...