Синхронизация мод и генерация сверхкоротких импульсов

Синхронизация мод и генерация сверхкоротких импульсов. Продольные моды резонатора, эквидистантно расположенные на на расстоянии й друг от друга (й=лс/1), могут быть синхронизованы, вследствие чего возникает последовательность сверхкоротких п.мпульсов. Число мод/п, которые могут синхронизироваться, определяется отношением ширины полосы усиления активной среды Дй) расстоянию между. модами [c.205]

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]

Если же говорить о методах генерации сверхкоротких лазерных импульсов, то здесь последние годы принесли отчетливое смещение акцентов. Если на первом этапе основные усилия были направлены на получение стабильной синхронизации мод лазеров с максимально широкой полосой усиления, то в последние годы все большее значение приобретали методы сжатия и формирования импульсов в пассивных системах. Это вызвало всплеск интереса к различным аспектам физики линейного и нелинейного распространения коротких световых пакетов. [c.7]

Рубиновые лазеры обеспечивают излучение практически во всех временных режимах работы в режим ё свободной генерации, модулированной добротности и синхронизации мод [54, 39]. Каждый из указанных режимов работы реализуется направленным воздействием на динамику формирования импульса излучения в резонаторе лазера и имеет свои отличительные особенности. В режиме свободной генерации обеспечиваются наиболее высокие уровни энергии излучения при наибольших значениях- КПД, в режиме модулированной добротности — наиболее высокие уровни импульсной мощности излучения при несколько меньших значениях КПД, в режиме синхронизации мод — сверхвысокие уровни импульсной мощности излучения при сверхкоротких импульсах. [c.161]

В гл. 7 мы видели, что при фазовой и частотной синхронизации мод появляются новые эффекты. Возникают, например, сверхкороткие импульсы, которые, однако, являются пока очень регулярными. В этой главе речь пойдет о том, какие еще типы поведения были обнаружены или могут ожидаться в лазере. Один из самых удивительных результатов — хаотическое лазерное излучение . Поиски этого нового типа поведения были обусловлены определенными аналогиями в динамике лазерного излучения и гидродинамике. К сожалению, термин хаос (или хаотическое излучение ) может иметь двоякий смысл, и во избежание недоразумений мы должны отметить это прежде всего. В традиционной оптике хаотическим иногда называют излучение тепловых, т. е. термически возбужденных, атомов. В этом случае никакой генерации нет. Атомы накачиваются лишь очень слабо. После возбуждения каждый атом спонтанно начинает испускать волновой цуг. Поскольку акты спонтанного испускания совершенно не коррелированы, создается полностью случайное световое поле. Ни скоростные уравнения, ни введенные выше полуклассические уравнения не позволяют адекватно описать спонтанное испускание. Тут необходимо чисто квантовое описание, и мы вернемся к этому вопросу в следующей главе. А пока что на.м нужно только помнить об одно.м важном обстоятельстве. Случайность, или хаотичность, излучения здесь создается флуктуациями, обусловленными квантовой природой спонтанного испускания. [c.204]

О спектральном и временном описании синхронизации мод. Изложенное выше описание явления генерации сверхкоротких световых импульсов в лазере с просветляющим- [c.397]

В настоящее время сверхкороткие импульсы не нашли прямого применения в дистанционном зондировании, поэтому мы ограничились лишь кратким рассмотрением этого вопроса. Дополнительную информацию по данному предмету, включая методы генерации импульсов в лазерах с синхронизацией мод, читатель может найти в сборнике [140] и обзоре [141]. [c.191]

Наряду с указанным способом описания используется спектральное описание явления генерации сверхкоротких световых импульсов, когда процесс формирования последовательности импульсов рассматривается как результат интерференции большого числа эквидистантных по частоте мод со связанными фазами (см. 3.9, а также 3.1). Первые эксперименты по генерации сверхкоротких импульсов объяснялись на основе именно спектрального подхода, что и привело к возникновению термина синхронизация мод , или, иначе, сцепление мод ( mode lo king ). Под этим термином понимается фазировка спектральных компонентов. Временной подход, использующий представление о гуляющем внутри резонатора мощном импульсе, который выделяется из шума либо случайно (при пассивной синхронизации), либо синхронизатором (при активной синхронизации), стал развиваться несколько позднее. [c.398]

Бнерация сверхкоротких импульсов. Для генерации СКИ в лазерах используют процесс синхронизации продольных мод резонатора лазера. Для синхронизации мод применяются пассивные и активные методы связывания фаз продольных мод лазера. При одинаковой фазе, навязанной всем продольным модам лазера, синфазное сложение амплитуд электрич, полей приводит к генерации СКИ, длительность к-рых ограничена шириной спектра генерации. В неодимовых лазерах, к-рые обычно используют в Ф. с., достигается генерация СКИ длительностью 10" — 10 с при помещении в оптич. резонатор лазера насыщающихся органич. красителей—для пассивной синхронизации мод, а также акустооптич. и эл.-оптич. модуляторов света—для активной синхронизации мод. В методе активной синхронизации мод сфазирование отдельных продольных мод осуществляется с помощью помещаемого внутрь резонатора модулятора для управления потерями резонатора внеш. периодич. сигналом с частотой, равной или кратной частотному интервалу между продольными модами резонатора лазера [3 ]. [c.280]

Метод синхронизации мод позволяет получить генерацию лазерных импульсов сверхкороткой длительности (от нескольких десятков фемтосекунд до нескольких десятков пикосекунд). Синхронизация мод соответствует условию генерации, при котором моды резонатора генерируют с примерно одинаковыми амплитудами и синхронизованными фазами. [c.305]

Дтр примерно равна обратной ширине линии генерации Avren. Этот результат нетрудно понять, если вспомнить, что временное поведение каждого импульса есть просто фурье-образ его частотного спектра. Отсюда видно, что, поскольку ширина линии генерации AvreH может быть порядка ширины линии усиления Avo, то можно надеяться, что синхронизация мод в твердотельных или полупроводниковых лазерах позволит генерировать очень короткие импульсы (до нескольких пикосекунд). В лазерах на красителе ширина линии усиления в сотни раз превышает эту величину в твердотельных лазерах, что дает возможность получать в этих лазерах и уже действительно были получены значительно более короткие импульсы (до приблизительно 30 фс). В газовых же лазерах ширина линии усиления намного уже (до нескольких гигагерц) и поэтому генерируются относительно длинные импульсы (до 100 пс). А теперь вспомним, что два последовательных импульса разделены временным промежутком тр, определяемым выражением (5.111). Поскольку Ди = = 2nS.v = n /L, где L —длина резонатора, мы имеем xp = 2L , что в точности равно времени полного прохода резонатора. Следовательно, внутри лазерного резонатора генерация будет иметь вид сверхкороткого импульса длительностью Дтр, определяемой выражением (5.112), который распространяется вперед и назад по резонатору. В самом деле, в этом случае пучок на выходе из какого-либо зеркала представляет собой цуг импульсов, причем временной промежуток между двумя последовательными импульсами равен времени полного прохода резонатора. Характерные числовые значения подтверждают такое представление, поскольку пространственная протяженность Дг импульса длительностью, скажем, Дтр = 1 пс равна Дг = СоДт = 0,3 мм, т. е. много меньше типичной длины резонатора лазера. [c.309]

К сожалению, возможность получения все более коротких импульсов непосредственно от лазера с модулированной добротностью ограничена конечным временем формирования гигантского импульса в резонаторе лазера (эта величина имеет порядок времен жизни фотона в резонаторе Тс), и, следовательно, для твердотельных лазеров на диэлектрических кристаллах длительность импульса не может быть сделана меньше несколь-ких наносекунд. Кардинальным решением проблемы генерации сверхкоротких лазерных импульсов (таковыми будем назьшать импульсы с длительностью короче г ) является переход к режиму лазерной генерации с синхронизованными продольными модами. Этот режим достаточно подробно рассматривается в курсах квантовой электроники на качественном уровне. Нашей задачей здесь будет построение количественной (хотя и сильно упрошенной) модели лазера с синхронизованными модами. Мы по отдельности рассмотрим лазеры с активной и пассивной синхронизацией продольных мод. В 1.5 кратко охарактеризуем альтернативный путь получения предельно коротких импульсов — за счет сжатия компрессии) лазерных импульсов в пассивных нелинейно-оптических устройствах. Последний путь можно назвать фокусировкой импульсов во времени по аналогии с обычной фокусировкой лазерных пучков в пространстве с помошью оптических линз. [c.41]

Синхронизация мод в лазерах. Основная идея получения сверхкоротких импульсов (СКИ) генерации путем синхронизации продольных мод лазера состоит в следуюшем. Большинство реальных лазеров работает в многомодовом режиме, так что их частотный спектр представляет собой практически эквидистантную последовательность собственных продольных мод резонатора, разделенных интервалом А =с12Ь, где с - скорость света в резонаторе, Ь — длина резонатора. Следовательно, суммарное поле генерации является суперпозицией монохроматических компонент, соответствуюших продольным модам, и записывается в виде [c.41]

Пассивная синхронизация мод. Исторически первым генератором сверхкоротких световых импульсов, реализованным экспериментально Коллинзом и др. [16], де Мариа и др. [17], был именно лазер с пассивной синхронизацией мод. Основная идея этого способа генерации СКИ (Малышев, Маркин [18]) берет начало в СВЧ радиотехнике, где известны так называемые регенеративные генераторы импульсов. Функциональная схема такого генератора импульсов представлена на рис. 1.16. [c.48]

В наиболее распространенном для импульсных твердотельных лазеров с синхронизованными модами так называемом двухпороговом режиме генерации наряду с нелинейностью, обеспечиваемой насыщением поглощения в затворе, используется и нелинейность, порождаемая насыщением усиления в активной среде лазера. При этом затвор выполняет еще и роль пассивного модулятора добротности. В результате выход такого лазера представляет собой промодулированный гигантский лазерный импульс, образованный цугом сверхкоротких лазерных импульсов повышенной (по сравнению с обычным режимом синхронизации мод) энергии и более коротких (по сравнению с тем же режимом). [c.49]

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]

Первые экспериментальные результаты по активной синхронизации поодольных мод были получены на гелий-неоновом лазере [33]. В 1966 г. в [34] было показано, что при определенных условиях в лазере с быстро релаксирую-щим просветляющимся фильтром может осуществляться пассивная синхронизация самосинхронизация) продольных мод. Вопросы реализации и специфика режимов генерации сверхкоротких световых импульсов на основе активной либо пассивной синхронизации продольных мод рассматриваются, например, в [35—41]. [c.277]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...