Лазер с модуляцией добротности резонатора

Для обработки тонких покрытий толщиной 500—2000 А необходимо обеспечить плотность энергии излучения 1—60 Дж/см , а для уменьшения повреждения подложки и термического искажения рисунка длительность лазерного импульса должна находиться в пределах от 10 до 500 не. Этим требованиям удовлетворяют твердотельные н газовые лазеры с модуляцией добротности резонатора, химические лазеры на органических красителях и полупроводниковые. Из табл. 25 видно, что выбор лазеров. [c.160]

В 1962—1963 гг. после создания лазеров с модуляцией добротности резонатора, оптика получила в свое распоряжение источники мощных импульсов с длительностями 10 —10 с. Генераторы гигантских наносекундных световых импульсов (их мощности составляли в то время 10 —10 Вт) совершили подлинный переворот во многих разделах лазерной физики в значительной мере своими успехами обязана им и нелинейная оптика. [c.9]

Рис. И. Лазер с модуляцией добротности резонатора

Таким образом, до момента включения добротности инверсия населенностей N t) нарастает до максимального значения, а затем спадает. Добротность резонатора включается в момент времени, когда N t) становится максимальной ( = 0 на рисунке). С этого момента времени t > 0) начинает увеличиваться число фотонов, что приводит к возникновению импульса генерации, максимум которого имеет место в некоторый момент времени td после включения добротности резонатора. Увеличение числа фотонов приводит к уменьшению инверсии населенностей N t) от некоторого начального значения Ni (три = 0) до конечного значения Nf, которое достигается после того, как импульс генерации закончится. Разумеется, лазеры с модуляцией добротности и импульсной накачкой могут работать в режиме повторяющихся импульсов, причем частота повторения обычно колеблется от единиц до нескольких десятков герц. 2) Импульсно-периодический режим с модуляцией добротности при непрерывной накачке (рис. 5.33). Этот режим осуществляется при непрерывной накачке (со скоростью Wp) лазера и периодическом переключении потерь резонатора до низкого уровня. При этом выходное излучение лазера [c.295]

Рис. 5.32. Развитие импульса в лазере с модуляцией добротности, работающем в импульсном режиме. На рисунке показаны временные зависимости скорости накачки Wp, потерь резонатора Y. инверсии населенностей N и числа фотонов д.

Ni, которое она имела до включения добротности резонатора. Поскольку время, необходимое для восстановления инверсии, примерно равно времени жизни верхнего уровня т, разделяющий импульсы промежуток времени Тр должен быть порядка т. Поэтому частоты повторения лазеров с модуляцией добротности при непрерывной накачке изменяются, как правило, от единиц до нескольких десятков килогерц. [c.296]

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]

Режим генерации лазера с модуляцией добротности отличается большой глубиной и крутыми фронтами модуляции потерь. За счет этого генерируемые импульсы могут становиться короче к мощнее и частотой их следования легко управлять. Достигается это специальными моду-ляторами добротности, помещаемыми внутрь резонатора. [c.132]

Как ВИДНО из оценок, оптимальная прозрачность выходного. зеркала лазера с модуляцией добротности значительно больше, чем при свободной генерации и определяет основную часть общих потерь резонатора. Поэтому лазер с модуляцией добротности допускает помещение в резонатор дополнительных управляющих элементов без заметного снижения выходной мощности излучения. Приведенные оценки относятся к лазеру без диафрагмы в резонаторе, т. е. к многомодовому излучению. При выделении нулевой моды мощность падает в 3—5 раз. Источники накачки в рассматриваемом лазере должны работать в импульсном режиме, что ограничивает возможную частоту следования импульсов излучения, обычно на уровне не более нескольких сотен герц. [c.138]

Наибольшую популярность использование призмы-крыши получило в лазерах с модуляцией добротности оптико-механическим затвором [8] призму 1 (рис. 3.16, а) закрепляют в оправу, насаженную на ось высокоскоростного двигателя и приводимую в быстрое вращение в плоскости расположения ребра, что обеспечивает требуемые для модуляции добротности весьма большие скорости изменения а, а значит и потерь в резонаторе. В то же время отклонения оси резонатора в перпендикулярной плоскости (например, призмы при биениях оси электропривода) не ухудшают характеристик лазера. [c.146]

Это и означает, что излучение имеет форму короткого и интенсивного импульса. Длительность этого импульса больше характерного времени резонатора Травного по меньшей мере нескольким временам полного обхода резонатора. Следовательно, минимальные длительности импульса составляют, например, в твердотельных лазерах с модуляцией добротности и с обычной длиной резонатора (L 1 м) несколько десятков наносекунд. [c.90]

Рис. 1.9. Схемы лазеров с модуляцией добротности (/ - активный элемент, 2 -лампа-вспышка накачки, 3 - выходное зеркало) на основе а - вращающегося заднего отражателя, б - затвора с электрооптической ячейкой, в - Показан ход лучей в призме - крыше в положении, когда добротность резонатора максимальна

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]

Оптимальный ко ффициент отражения выходного зеркала лазера с непрерывной накачкой также зависит от частоты модуляции добротности резонатора. При малой частоте модуляции выражения для Л ро, Л рк, Р ыху Ти аналогичны случаю импульсного лазера. Поэтому выражение для оптимального значения коэф- фициента излучательных потерь определяется выражением [c.140]

Противоположной такому подходу является ситуация, связанная с известной универсальностью, присущей твердотельным лазерам и заключающейся в том, что с помощью одного излучателя вариацией режимов накачки или модуляцией добротности резонатора можно в широких пределах изменять параметры излучения. Этим часто пользуются не только в лабораторных экспериментах, но и в условиях производства. В таком случае следует предусматривать возможность переналадки установки, т. е. смену элементов резонатора, регулирование параметров лазера, учитывающее изменения энергетических процессов в излучателе и термооптические деформации активного элемента. [c.117]

Управление амплитудой-интенсивностью дифрагированного пучка линейно связано с питанием излучателя звука, т. е. с затратами энергии радиочастотного диапазона. При двоичном коде управления дискретные модуляторы применяются в АЦПУ вывода информации из быстродействующих ЭВМ, записи данных в оперативную и архивную (постоянную) память, оптической спектроскопии и модуляции добротности резонаторов лазеров. Аналоговые модуляторы используются в технике отображения, где необходима передача большой шкалы тонов и цветности. [c.226]

В качестве оптических затворов могут применяться различные системы. Очень быстрые затворы с электронным управлением могут быть реализованы, например, с помощью электро-оптических и акустооптических модуляторов, принцип действия которых обсуждается в п. 4.3.1 (более подробно см., например, [4]). Затвор может быть реализован и чисто механическим способом с помощью вращающихся зеркал или призм. В этом случае при обычных длинах резонатора частота вращения должна составлять несколько сотен герц. Наряду с модуляцией добротности с тем же эффектом может быть использована модуляция усиления. Последний способ особенно пригоден для полупроводниковых лазеров. Вследствие модуляции тока инжекции созданное электрическим способом усиление претерпевает при этом быстрые временные изменения (см. разд. 7.4). [c.90]

Выполненный анализ режима работы лазера с модулированной добротностью относится к случаю мгновенного включения добротности. На практике же все известные устройства модуляции потерь резонатора обладают конечным временем срабатывания. Естественно поставить вопрос [c.183]

Простейший случай синхронизации встречается при 1 = О, т. е. при равенстве фаз всех мод.) В режиме синхронизации мод лазер излучает короткие импульсы в промежутки времени АГ = 2//с (/ — оптическая длина резонатора). Синхронизацию можно осуществить с помощью активной модуляции добротности резонатора, используя электрооптический модулятор с частотой модуляции, равной частотному расстоянию между соседними продольными модами с/2/ возможна также пассивная модуляция с помощью насыщаемого поглотителя. Минимальная достижимая длительность импульса определяется выражением [c.33]

Из различных способов пассивной модуляции добротности резонатора выделим способы, основанные на применении просветляющихся фильтров. Лазеры с просветляющимся фильтром обсуждались в предыдущем параграфе. Теперь рассмотрим условия обеспечения в таких лазерах режима генерации гигантских импульсов и обсудим характеристики этого режима. [c.365]

Затворы. Лазер с модуляцией добротности резонатора ботает следующим образом. В процессе накачки лам-й активного элемента включается АОМ, который бла-даря дифракции света вносит в резонатор потери, еспечивая такую низкую добротность, при которой не [полняются условия генерации. Когда энергия, западная активным элементом, достигает необходимого овня, АОМ выключается и происходит генерация одного и короткого импульса излучения. Первоначаль-модуляция добротности осуществлялась механиче- [c.47]

Рис. 5.33. Развитие импульсов в лазере с модуляцией добротности, работающем в импульснопериодическом режиме с непрерывной пакачкон. На рисунке показаны временные зависимости скорости накачки Wp, потерь резонатора Y- числа фотонов q и инверсии населенностей N.

Nd YAG-лазера с модуляцией добротности. Лазер работает в импульсном режиме, и модуляция добротности в нем осуществляется с помощью кристалла KD P (дейтерированный дигидрофосфат калия, KD2PO4) в ячейке Поккельса [25]. На рисунке указаны также размеры стержня и резонатора. Из рисунка видно, что пороговая энергия лазера ср 3,4 Дж, а энергия выходного излучения Е ж 0,12 Дж при Ер 10 Дж (т. е. при х = = р/ ср = 2,9). Найденная из измерений длительность импульса лазера при этой накачке составляет около 6 не. [c.302]

Параметрическое усиление можно использовать для создания лазеров, помещая световод в резонатор Фабри-Перо. Такой четырехфотонный волоконный лазер недавно был продемонстрирован в эксперименте [36]. При накачке импульсами длительностью 100 пс на длине волны 1,06 мкм от Nd ИАГ-лазера с модуляцией добротности и синхронизацией мод на выходе волоконного четырехфотонного лазера наблюдались импульсы длительностью 65 пс на длине волны 1,15 мкм. Длина резонатора подстраивалась таким образом, чтобы накачка была синхронной. Ширина спектра генерации составляла 100 ГГц в соответствии с формулой (10.4.7). [c.306]

Осуществить это легко с помощью выражения (i2.34), KOToipoe юпределяет пороговое значение энергии накачки импульсного лазера СО свободной генерацией. Применимость этого выражения для лазера с модуляцией добротности достаточно очевидна. Дело ъ том, что в обоих режимах генерации пороговое условие одинаково к концу импульса накачки в активной среде должна быть -создана пороговая инверсная населенность Л/ р.пор, соответствующая потерям излучения в резонаторе на элементах и выходном зеркале (модулятор добротности к концу импульса выключается). Поскольку в лазерах с модуляцией добротности выполняется н<.Ти то функция Пренебрегая малой критической [c.136]

На рис. 3.23, а приведена схема лазера с модуляцией добротности на основе продольного эффекта Поккельса. Здесь 1 — активный элемент, 2 — ячейка Поккельса (К. — кристалл DKDP, Э — электроды), 3 — линейные поляризаторы, 4 — зеркала резонатора. Направление поляризации света, прошедшего через поляризатор (направление аа на рисунке) составляет угол гр с направлением главной диэлектрической оси кристалла X (направление ЬЬ на рисунке). [c.328]

Фоготрониый (пассивный) затвор применяется для модуляции добротности резонатора лазеров и для получения режима самосинхронизации мод в лазере. Действие его основано ва явлении насыщения поглощения (просветлении) среды при воздействии на неё интенсивного оптич. излучения (см. Насыщения эффект). Быстродействие фототропвых О. з. определяется свойствами используемой среды (стекла, красители и др.) и составляет 10" —10" с. [c.453]

В лазерах ЛТИ-701, ЛТИ-702 (рис. 4.5, 4.6) происходит внутри-резонаторное преобразование во вторую гармонику излучения лазера, работающего в режиме акустооптической модуляции добротности резонатора с длиной волны 1,06 мкм. В качестве прео бразова-теля частоты используется кристалл иодата лития (ЫЮз), не требующий термостатирования, достаточно эффективный и относительно стойкий к лазерному излучению. При модуляции добротности мощность лазерного излучения внутри резонатора велика, поэтому специальных мер для его фокусировки в нелинейный элемент не требуется. Преобразователь частоты МЧ-104 включает в себя специальное выходное зеркало ( глухое на основной длине волны и пропускающее на длине ъолны гармоники), элемент из иодата лития размером 10x10x10 мм и оптический фильтр. Как [c.97]

Для обеспечения регулярности и детерминированности излучаемого сигнала, а также для увеличения его импульсной мощности используется режим модуляции добротности резонатора лазера. Получаемые при этом импульсы света имеют длительность 10 ... 10-9 с nppj пиковой мощности излучения 10. .. 1000 МВт. [c.161]

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]

Рабочие характеристики самого лазера иногда играют важную роль при выборе экспериментальной методики, наиболее удобной для определения параметра. Режимы работы лазеров можно классифицировать следующим образом непрерывный, модулированный или пульсирующий, пичковый, самосинхронизация мод резонатора и модуляция добротности резонатора. Примерами лазеров, работающих в таких режимах, могут служить гелий-неоновый лазер, работающий в непрерывном режиме пульсирующий лазер на полупроводниковом диоде из ар-сенида галлия импульсный рубиновый лазер, работающий в пичковом режиме аргоновый ионный лазер с самосинхронизацией мод резонатора лазеры на неодимовом стекле, в которых применяется модуляция добротности резонатора или режим гигантских импульсов. Очевидно, что точность измерения параметров пучка сильно зависит от режима работы лазера. Например, при работе твердотельного (рубинового) лазера в пичко- [c.34]

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]

Режим генерации гигантских импульсов при активной модуляции добротности резонатора. Идея использования модуляции добротности резонатора лазера с импульсной накачкой для получения мощных и коротких световых импульсов была реализована в 1962 г. [22, 23]. Управляя добротностью резонатора, сначала обеспечивают высокий уровень вредных потерь, т. е. специально поднимают порог генерации. Это позволяет создать значительную инверсную заселенность в активной среде. Затем по сигналу извне уровень потерь, а следовательно, и порог генерации быстро понижаются до минимально возможного значения в результате начальная величина инверсной заселенности оказывается существенно вьше нового порога, отвечающего малым потерям. В этих условиях вместо последовательности пичков, высвечивается единичный короткий световой импульс большой мощности (так называемый гигантский импульс). [c.270]

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 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]

Режим генерации импульсов в непрерывно накачиваемом одномодовом лазере при активной модуляции добротности резонатора имеет следующие энергетические и временные характеристики частота следования импульсов / л 10 кГц, длительность импульса 100 не — 1 мкс, пиковая мощность Р ах 10 Вт, средняя выходная мощность Р р 1 —10 Вт (заметим Р(,р Рщах /)-Рассматриваемый режим может использоваться и при частотах / < < 10 кГц однако при уменьшении / ниже примерно 5 кГц происходит падение КПД лазера — тем большее, чем меньше I [59, 62]. Как уже отмечалось, частоты / ограничены сверху значением примерно 50 кГц. Наличие верхней частотной границы связано с существованием длительного этапа линейного развития выходного импульса. [c.282]

Впервые оптическая параметрическая генерация была полу- чена Джордмейном и Миллером [65], которые использовали в качестве источника накачки вторую гармонику лазера на Са 04 Н(1 с модуляцией добротности Яр = 0,529 мкм (фиг.7.1). Отражающие покрытия, которые образовывали резонатор для сигнальной и холостой волн, были напылены непосредственно на плоскопараллельные грани кристалла ниобата лития. Пропускание (1—Я) этих покрытий имело величину, меньшую 0,4%. Однако эффективные потери, определенные путем измерения добротности резонатора Фабри — Перо, образованного кристаллом, были около 20%. Причина различия была приписана поглощению в кристалле и рассеянию. [c.194]

Различия между одно- и двухрезонаторными ПГС были продемонстрированы в ряде работ Бьерхольма [18—20] для возбуждения ПГС на ниобате лития он использовал лазер на рубине с модуляцией добротности с одной продольной модой. Меняя зеркала резонатора, в котором помещался нелинейный кристалл, он получал ПГС, работающий либо по однорезона-торной, либо по двухрезоиаторнои схеме. [c.208]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...