Айхлер Ю., Айхлер Г.-И. Лазеры. Исполнение, управление, применение (2008) (1095903), страница 67
Текст из файла (страница 67)
С помощью этих механизмов удается получить длительности импульсов до единиц пикосекунд. Представленный на рис. ! 7.10 фемтосекундный кольцевой лазер имеет для этой цели ряд призм, посредством которых высокочастотные компоненты импульсов продолжают циркуляцию снаружи. Благодаря этому удается компенсировать дисперсию групповой скорости. На основе такой схемы были генерированы самые короткие импульсы лазера на красителе длиной 27 фс (1=620 нм) (Валдманис и Форк, 1986г). Синхронизация мод с использованием модулятора (активная) При активной синхронизации мод с помощью электрооптического или акустооптического модулятора модулируются потери в лазерном резонаторе с частотой с/2Л, соответствующие обратной величине времени циркуляции импульса в резонаторе. Вследствие этого только фотоны, встречающиеся с модулятором в момент максимального пропускания, отражаются в нем с минимальными потерями, усиливаясь активной средой. В резонаторе образуется импульс, проходящий через него в прямом и обратном направлениях, и излучается цуг импульсов.
Активная синхронизация мод используется у лазеров непрерывного режима генерации и лазеров с импульсной накачкой. Воспроизводимость импульсов здесь нередко лучше, чем при пассивной синхронизации мод, зато в последнем случае достигается меньшая длительность импульсов. В случае смешанной синхронизации мод комбинируются активный и пассивный варианты, в результате чего удается получить короткие и стабильные импульсы.
Такая система показана на рис. 17.11. ~(3~6 ь !та у рт р у Усилитель Рис. 17 1О. Кольцевой лазер фс диапазона с серией призм. Схема циркуляции импульсов Торцевое зеркало с лазерным стержнем с ячейкой для красителя модулятор Вмходноезеркало Рис. 17 П. Комбинированная синхронизация модо насышающимся поглотителем н акустооптическим модулятором (пример исполнения поданным Лиу, Институт оптики при Берлинском техническом университете) Синхронная накачка (активная) Если лазер с синхронизованными модами используется для накачки другого лазера, то он тоже может генерировать излучение с синхронизованными модами, если п.се р к д 3Д длины резонаторов соответственно настроены относительно друг друга.
Речь идет при этом о периодической модуляции усиления — в отличие от модуляции потерь. Лазер с синхронной накачкой способен генерировать гораздо более короткие импульсы, чем сам лазер накачки. Так, лазеры на красителях, накачиваемые ионными лазерами на инертном газе с синхронизованными модами (100 пс), выдают импульсы длительностью О, 1 пс. Синхронизация моо с помощью линзы Керра (пассивная) Помимо описанных выше классических способов активной и пассивной синхронизации мод для генерации фемтосекундных импульсов в Т18а-лазерах находит применение, прежде всего, синхронизация мод линзами Керра.
Если в ход луча вводится вещество с зависимым от интенсивности показателем преломления, то — наряду с фазовой самомодуляцией, расширяющей спектр импульсов, — имеет место и самофокусировка. Поскольку интенсивность генерирующего на основной моде лазера понижается по гауссову типу перпендикулярно направлению луча, то происходит модуляция показателя преломления, действующая по принципу линзы. Синхронизация мод достигается на основе модуляции усиления за счет оптимизации перекрытия между модой резонатора с фокусирующим действием линзы Керра и объемом накачки. Модуляция потерь несинхронизованных мод, приводящая к ослаблению фокусировки, может быть достигнута с помощью простой диафрагмы.
Оба способа находят применение в твердотельных лазерах. Здесь предлагаются, в частности, вещества с уширенными переходами (типа Тй сапфира, см. п.9.5), которые благодаря своего широкому спектру излучения (и большому нелинейному показателю преломления л,) пригодны для генерации коротких импульсов. Линза Керра сама образуется в лазерном кристалле толщиной в несколько миллиметров, то есть речь идет о весьма простой конструкции. В случае самых коротких из генерируемых импульсов (8 фс, Х = 800 нм) устанавливались специальные дисперсионно-компенсирующие зеркала ( рис.
17.12). Диэлектрические многослойные зеркала обладают зависимой от частоты глубиной проникновения отраженного света, в результате чего компенсация возможна даже при внутриимпульсной частной модуляции. пульс тгц-им очник ряжения вис. илз. Генерапия ТГц-излучеиия фемтосекуидными импульсами лает р т, р Области применения: излучение в ТГц-диапазоне Излучение в единицах терагерц между 10н и 10" Гц может генерироваться каскадными квантовыми лазерами (ем. также п.
10. 5) либо сверхкороткими лазерными импульсами с синхронизованными модами ( рис. 17.13). В последнем случае фемтосекундные импульсы фокусируются на фотопроводяшей дипольной антенне. Последняя состоит из ОаАз с двумя нанесенными методом напыления проводниками из полосок металла. Между этими проводниками лазерным излучением создаются носители заряда, ускоряемые электрическим полем.
Короткий импульс тока, обладающий длительностью лазерного импульса, является источником излучаемого ТГц-импульса, который может фокусироваться посредством Я-линзы. 17.5. Усиление и сжатие импульсов Энергию лазерных импульсов можно повысить, пропустив их через усилитель. В качестве усилителей обычно служат лазерные вещества, в которых при прохождении импульса происходитуменьшение инверсии населенностей. Более значительное)силениедосгитается при многократных проходах.
Основная проблема при усилении импульсов состоит в нежелательном усиленном спонтанном испускании, что приводит к преждевременному уменьшению инверсной населенности и образованию фона импульсов некогерентного наложения. рис, 17.! 4 демонстрирует усилитель на красителе с шестью проходами импульсов, причем два последних прохода выделяются телескопом с насышаюшимся и оглотителем. Импульс накачки лазера с удвоенной часпзтой на алюмонприе лом гранате с неодимом синхронно встречается с усиливающимся фемтосекундным импульсом из лазера СРМ (лазера с синхронизацией мод сталкивающимися импульсами): при этом удастся получить коэффициенты усиления до 1О'.
При небольших оптических усилениях за один проход, например, в Т)бакристаллах, находят применение и «регенеративные» усилители. В этом случае подлежаший усилению импульс вводится в лазер ниже порога лазерного излучения— например, с помощью ячейки Поккельса. Через несколько десятков циркуляций выводится уже усиленный импульс. ый) ив ткО ьсы р иренные пс импульсы Окно ив кварцевого стекла Краситель с противоотражающим покРытием или Гжа-кристалл рве. гт,г4.
Схема усиления импульсов за 6 проходов. Зля усиления импульсов Тс 5алазера вместо красителя используется Тысапфировый кристалл (75. У т зД л Л Рнс. 17.15. Усиление расширенных импульсов Расширитель со спектральным уш ирен и ем импульса ЫЬ. зер со вс диа Рис. 17!6. Компрессор с прохождением импульса через полое волокно н зеркало для последующего сжатия (поданным Краусца и Уйбераккера, Венский технический университет, 2000 г.) При высокой максимальной интенсивности импульсов могут возникнуть проблемы с активным веществом. Но чтобы, тем не менее, добиться требуемого усиления, сверхкороткие импульсы нередко «растягивают» перед их усилением ( рис.
17.14). После прохождения через стеклянный блок они получают уширение во времени и сильную внутриимпульсную частотную модуляцию, вследствие чего значительно понижается их максимальная интенсивность. После усиления эти импульсы сжимаются. Такая внешняя рекомпрессия действует примерно по тому же принципу, что и последовательность призм в лазере с синхронизацией мод сталкивающимися импульсами. Современный вариант компрессора для высокомошных импульсов представлен на рис.
17.16. Здесь в основе лежит спектральное уширение в газонаполненном полом волокне. Иногда используют также компрессоры с дифракционной решеткой, когда отдельные компоненты частоты импульса ( рис. 17.17) имеют разное время пробега. При этом достигается ~~~ 320 Глина!7. Импульсная генерация лизернага излучения ~~~~--»' более чем !000-кратное укорочение импульсов. На основе схемы усилитель— компрессор с Тнсапфировым кристаллом тенерирукнсв, например, импульсы на уровне 100 фс с энергией более 1 Дж, которые после фокусировки показывают очень высокую интенсивность > 1О"' !!зусм'. Компрессор с дефрььциоп пои решь|кои г 3 д 3~2~) 17.5. Вычислить фазовый сдвиг лазерного импульса с интенсивностью! (г) и длительностью т, проходящего через вещество толщиной Ы и с зависимым от Р' интенсивности показателем преломления л =л, + л,?(г).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
