Лазеры с просветляющимся фильтром

Рис. 40.20. Эволюция распределения амплитуды поля в лазере с просветляющимся фильтром.

Быстрое включение обратной связи позволяет сократить длительность импульса лазерного излучения до 10" —10" с. Так как энергия импульса, снимаемая с рубинового стержня длиной 20 см и диаметром 1,5 см, составляет 1—2 Дж, то при этом развивается мощность 10—200 МВт. Дальнейшее повышение мощности лазерного импульса может быть достигнуто путем усиления света в каскаде из нескольких последовательно расположенных лазеров. Первый лазер в таком каскаде должен служить генератором, остальные — усилителями света. Если мощность генерируемого импульса достаточно велика, то уже небольшой его части вблизи передового фронта достаточно, чтобы вызвать вынужденные переходы в невозбужденное состояние всех возбужденных атомов хрома в рубине усилителей. Это сокращает длительность импульса и повышает его мощность. Таким путем удалось получить гигантские импульсы света длительностью в 2-10 с при полной энергии импульса 20 Дж. Это соответствует мощности 10 МВт. Но и такая мощность еще не предел. Лазер с просветляющимся фильтром дает импульс длительностью 10" с, состоящий из последовательности импульсов, длительность которых может составлять 10" —10 с. Выделение одного такого импульса с последующим усилением его. позволяет достигнуть мощности 10 МВт. [c.720]

Лазеры с просветляющимися фильтрами, работающие в режиме генерации гигантских импульсов, рассматриваются в [2,6]. [c.273]

Генерация гигантского импульса в лазере с просветляющимся фильтром возможна при выполнении определенных условий эти условия будут рассмотрены позднее (см. 3.8). [c.274]

Лазеры с просветляющимся фильтром [c.350]

Дифференциальное уравнение для усредненной плотности светового потока. На рис. 3.39 представлена схема лазера с просветляющимся фильтром. Здесь 1 — активный элемент, 2 — система накачки, 8 — просветляющийся фильтр, 4 — зеркала резонатора. Будем использовать обозначения I, 1а, L — длины соответственно активного элемента, фильтра, резонатора v = /n и v = с/Па — скорость света соответственно в активном элементе и фильтре. [c.353]

Уравнение (3.7.14) является обобщением первого уравнения (3.2.32) на случай лазера с просветляющимся фильтром. [c.355]

Неустойчивость исходного стационарного состояния и условие самовозбуждения генерации в лазере с просветляющимся фильтром. Вопрос об устойчивости (неустойчивости) исходного стационарного состояния (3.7.28) принципиально важен для выяснения возможности самовозбуждения генерации в лазере с просветляющимся фильтром. Предположим, что состояние (3.7.28) является устойчивым. В этом случае флуктуационные изменения плотности поля и плотности инверсной заселенности не смогут перевести лазер в состояние генерации как бы сильно ни возрастала в данном случае интенсивность накачки, лазер с фильтром будет неизменно находиться в окрестности исходного состояния [c.359]

Иными словами, устойчивость состояния (3.7.28) означает, что накачка активного элемента сама по себе (без дополнительного воздействия на систему) не может перевести лазер с просветляющимся фильтром в режим генерации. Чтобы в процессе накачки активного элемента возникла генерация, необходима неустойчивость состояния (3.7.28). [c.359]

Условие (3.7.36) есть необходимое условие самовозбуждения генерации в лазере с просветляющимся фильтром. Заметим, что в отсутствие фильтра условие (3.7.36) превращается в условие генерации (3.2.54). [c.360]

Произведение aNo есть начальный коэффициент усиления Хо- Следовательно, условие (3.7.37) есть не что иное, как уже знакомое читателю условие (2.1.10), записанное для лазера с просветляющимся фильтром. Зи-о условие означает, что для самовозбуждения генерации необходимо, чтобы начальный коэффициент усиления превышал уровень потерь, который в данном случае складывается из начального коэффициента резонансного поглощения фильтра, коэффициентов вредных потерь в активном элементе и фильтре и, наконец, коэффициента полезных потерь, связанного с выходом излучения через зеркала резонатора. При этом коэффициенты, характеризующие фильтр, берутся отнесенным к единице длины активного элемента, т. е. умножаются на IJI. [c.360]

В сочетании с требованием /и О неравенство (3.7.38) определяет условия, при которых возможна генерация в лазере с просветляющимся фильтром. Существенно, что эти [c.360]

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]

Условия обеспечения режима генерации гигантских импульсов в лазере с просветляющимся фильтром. Качественно ясно, что генерация гигантского импульса предполагает достаточно большую величину начального коэффициента резонансного поглощения фильтра Хца (при малой величине Иоа просветление фильтра приведет к малому возрастанию добротности). Поскольку согласно (3.7.5) Иоа — = с Па, то увеличение коэффициента Ица означает увеличение плотности поглощающих центров п а к сечения вынужденных переходов в фильтре Оа- На языке безразмерных параметров увеличение начального коэффициента резонансного поглощения фильтра означает увеличение параметра I а I- [c.365]

Развитие гигантского импульса в лазере с просветляющимся фильтром. Моментом начала генерации является момент времени, для которого выполняется соотношение [c.367]

Из (3.8.13) нетрудно получить уравнение для фазовых траекторий лазера с просветляющимся фильтром, работающего в режиме генерации гигантских импульсов. Поделив первое уравнение (3.8.13) на второе, получим [c.370]

Сопоставление режимов генерации гигантских импульсов при активной и пассивной модуляции добротности комбинированная модуляция добротности. Выше отмечалась определенная аналогия между указанными режимами генерации. В обоих случаях наблюдается относительно длительный этап линейного развития генерации, на котором плотность инверсной заселенности практически не меняется, и короткий этап нелинейного развития генерации, на котором высвечивается основная часть энергии, содержа-ш,ейся в гигантском импульсе. В обоих случаях гигантские импульсы имеют достаточно близкие параметры — длительность импульса (определяемую длительностью нелинейного этапа), пиковую мощность, энергию. В балансных уравнениях для лазера с просветляющимся фильтром обнаруживается при р > 1 почти полная аналогия со случаем быстрого (мгновенного) включения добротности. [c.371]

Естественная селекция продольных мод при пассивной модуляции добротности. Рассматривая многомодовую модель лазера, можно показать [106, ПО], что благодаря относительно большой длительности этапа линейного развития генерации в лазере с просветляющимся фильтром успевает проявиться сильная конкуренция между различными модами, вследствие чего одни моды затухают, тогда как другие, напротив, усиливаются и выходят на этап нелинейного развития генерации. Как показано в [110], относительное различие в величине добротности двух мод, равное всего 10 , может приводить при длительности линейного этапа 2-10 не к тому, что указанные моды будут различаться по интенсивности на порядок к началу просветления фильтра. Таким образом, даже незначительное случайное различие в добротности может приводить к резкому усилению отдельных мод ). [c.374]

Обсуждавшийся в 3.8 эффект естественной селекции продольных мод в лазере с просветляющимся фильтром не исключает возможности осуществления пассивной синхронизации мод см. 3.11. [c.381]

Самосинхронизация продольных мод в лазере с просветляющимся фильтром может быть рассмотрена также с иных позиций — на основе использования флуктуационных представлений. При таком подходе генерация сверхкоротких световых импульсов рассматривается как результат выделения фильтром наиболее интенсивных флуктуаций поля излучения из начального спонтанного шума и подавления остальных (менее интенсивных) флуктуаций. Флуктуационные представления развивались в работах [13, 14, 39, 116] см. также [111]. Объяснение самосинхронизации мод с точки зрения этих представлений является в настоящее время общепринятым такой подход позволяет провести рассмотрение явления самосинхронизации мод наиболее полно и последовательно. Мы обсудим флуктуационные представления более подробно в 3.11. [c.382]

В главе 7 рассмотрена теория формирования ультракоротких импульсов. Исследуются активный и пассивный режимы синхро-низации мод, дан линейный, а затем нелинейный анализ устойчивости возникающих импульсов. Конец главы посвящен модели лазера с нелинейной поглощающей ячейкой. Отметим, что в эту важ-ную область квантовой электроники существенный вклад внесли советские теоретики. Так в работе [23] была построена квантовая теория лазера с нелинейным поглотителем, впервые выявлена тесная аналогия с картиной фазовых переходов первого рода вблизи критической точки, вычислены времена перехода из одного бистабильного состояния лазера в другое. Укажем еще на обзорную статью [24] (в ней содержится много ссылок на более ранние работы советских авторов), в которой подробно прослежены особенности процесса генерации сверхкоротких световых импульсов в лазерах с просветляющимся фильтром, причем основное внимание уделено статистическим аспектам явления. [c.7]

Большое распространение" в качестве оптических затворов получили также просветляющиеся фильтры, помещаемые вместо ячейки Керра или Поккельса. (Поляризатор В в этом случае не нужен.) Их действие основано на увеличении прозрачности веш,ества, когда интенсивность света становится достаточно большой, как это имеет место в случае излучения лазеров (см. 89, пункт 6). При малой интенсивности света фильтр поглощает свет, почти полностью гстраняя обратную связь. С увеличением заселенности верхнего уровня возникает слабая генерация рубинового стержня, несколько уменьшающая поглощение фильтра. Это приводит к усилению обратной связи и вызывает лавину лазерного излучения. Последняя по мере нарастания все более и более просветляет фильтр. Когда интенсивность излучения начнет уменьшаться, поглощение фильтра будет быстро возрастать, а обратная связь ослабляться. Поскольку вся система работает автоматически, лазер с просветляющимися фильтрами во время вспышки лампы накачки может генерировать серию импульсов, следующих друг за другом. [c.720]

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]

Тем не менее метод балансных уравнений оказывается весьма полезным при рассмотрении динамики лазеров. Как показывает практика расчетов, такой упрощенный подход позволяет достаточно корректно рассмотреть ряд вопросов, связанных с изменением во времени параметров одномодового лазера и его излучения. В частности, метод балансных уравнений позволяет выявить основные черты динамики процессов в режиме свободной генерации и в режимах генерации гигантских импульсов, включая режимы работы лазера с просветляющимся фильтром. Балансные уравнения используются также при рассмотрении многомодовых лазеров 4, 71, 72]. [c.301]

Полная система балансных уравнений для лазера с просветляющимся фильтром. Полная система балансных уравнений должна включать уравнение (3.7.17) или (3.7.16) для усредненной плотности светового потока в резонаторе, уравнение баланса для активного элемента и уравнение баланса для просветляющегося фильтра. В качестве уравнения баланса для активного элежнта возьмем второе уравнение (3.2.37), а в качестве уравнения баланса для фильтра возьмем уравнение (3.7.6). Таким образом, полная система балансных уравнений для лазера с просветляющимся фильтром имеем следующий вид [c.355]

Система балансных уравнений (3.7,18) (или в безразмерной форме (3.7.26)) является основой для рассмотрения развития во времени процессов в одномодоеом лазере с просветляющимся фильтром [2, 4, 7, 17, 104, 105] >. [c.357]

Следует подчеркнуть, что опри определенных условиях (при определенных значениях параметров С, р, б, а, а ) оба стационарных состояния генерации (3.7.29) и (3.7.30) оказываются неустойчивыми. Это означает, что даже при стационарной накачке и стабильности параметров активного элемента, фильтра, резонатора режим генераии лазера с просветляющимся фильтром может быть нестационарным. Иными словами, сам факт наличия внутри резонатора просветляющегося фильтра может приводить к неустойчивости стационарной генерации. [c.359]

Режимы генерации лазера с просветляющимся фильтром. Прежде всего отметим, что возможные режимы генерации бывают двух видов — с мягким и с окестким возбуждением генерации. В последнем случае требуется внешняя подсветка для дополнительного просветления фильтра. Режимы с жестким возбуждением генерации возможны лишь при 6 < р. [c.364]

Ранее неоднократно отмечалось, что лазерное излучение имеет флуктуационте происхождение, поскольку первичными излу-чательными процессами являются спонтанные процессы. Одна из особенностей лазеров с просветляющимися фильтрами состоит в том, что в них флуктуационная природа лазерного излучения проявляется особенно ярко. [c.374]

Для самосинхронизации мод используют фактически такую же схему лазера с просветляющимся фильтром, что и в случае генерации гигантских импульсов. Специфика заключается главным образом в следующих трех моментах. Во-первых, необходимо предотвратить интерференционную селекцию мод, т. е. использовать неселективный резонатор. Во-вторых, просветляющийся фильтр должен характеризо- [c.382]

Наиболее высокие значения параметра р (порядка 10- 100) здается получать лишь с помощью просветляющихся фильтров. Поэтому наиболее эффективный способ реализации самосинхронизации мод основан на использовании явления просветления среды в лазерах с просветляющимся фильтром. [c.404]

Просветляющиеся фильтры широко применяются в современной лазерной технике. Помещая такой фильтр внутрь резонатора лазера, можно управлять режимом генерации — получать мощные световые импульсы длительностью порядка 10 —10 8 с (их называют гигантскими импульсами ) или последовательности сверхмощных световых импульсов, характеризующихся длительностью всего 10 с и частотой следования 0,1—1 ГГц ( пикосекундные импульсы ), В качестве просветляющихся фильтров в лазерах используют, например, растворы органических красителей — полиметиноЕых и цианиновых (фталоцианина и кристоцианина). [c.217]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...