Крылов К.И., Прокопенко В.Т., Тарлыков В.А. Основы лазерной техники (1990) (1151950), страница 30
Текст из файла (страница 30)
В результате этого может реализоваться процесс син"хронизации между фазами различных мод, т. е. режим синхронизации мод. Синхронизация продольных мод в лазере с просветляющимся фильтром может быть рассмотрена на основе использования флуктуационных представлений. Под действием импульса накачки 'происходит возбуждение активной среды и начинается спонтанное излучение на частоте рабочего перехода. Спонтанное излученпе является по своей природе флуктуационным процессом н его интенсивность флуктуярует с характерным временем корреляции т„,„ж 1/Лв „, К тому моменту, когда вклад усиленных спонтанных шумов начинает превышать вклад прямого спонтанного излучения, появляется периодическая корреляция поля в моменты 1 и 1+ Т, где Т вЂ” полипе время прохода излучения по резонатору.
На спектральном языке наличие периодической корреляции означает формирование отдельных дискретных мод, составляющих эквидистаптный набор частот ыь = ыо + я (2я~Т). Важно, что образование квазипериодической флуктуацнонной картины происходит еше до достижения лазером порога. Эти ясдодные флуктуапин оказываются существеинымя для формиро.вания окончательной временной картины излучения, Коэффициент усиления активной среды на некоторой частоте пропорционален произведению разности заселенностей рабочих уровней на функцию 6 (вк), описывающую спектральный профиль линии люминесценции. Поэтому в процессе роста инверсии ,под действием накачки пороговое условие выполняется сначала ля центральной частоты, затем постепенно входят в генерацию н другие частоты, причем процесс регенератнвного усиления шууов непрерывно переходит в процесс генерации.
Таким образом, к моменту, когда начинается просветление фильтра, излучение представляет собой квазипериодическую шумовую картину с шириной спектра Лв,, много меньшей исходной ширины линии Лм„„„. В процессе просветления фильтра происходит преобразование профиля поля, установившегося к началу просветления. Преоб,разование поля состоит в преимущественном росте тех точек профиля, где интенсивность максимальна. В результате многокРатных проходов излучения через просветляющийся фильтр каждый отдельный выброс интенсивности сокращается по длительности.
Одновременно с этим происходит подчеркивание наиболее интенсивных выбросов: их рост происходит быстрее, чем Рост менее интенсивных выбросов. 137 Сужение импульсов и выделение наиболее интенсивных импульсов происходят одновременно, в едином процессе взаимодей. ствия поля с фильтром. Однако лишь второй эффект равнозначен фазировке мод исходного спектра. Именно этот эффект может приводить к формированию регулярной временной картины излучения из первоначально хаотической временной структуры. Эффект же сужения импульсов означает появление новых дополнительных спектральных компонент, а к фазировке исходных комяоиент спектра прямого отношения не имеет. Условия и характер фазового согласования зависят от оптической схемы н параметров лазера.
Большое значение имеет положение фототропиого затвора относительно зеркал резонатора, которое влияет на расстояние между максимумами импульсов и нх интенсивностями. Размещение затвора в положениях х = Е/т (Š— база резонатора; т — целое число; х — расстояние затвора от 100э~ -ного зеркала) приводит к увеличению ча. стоты следования импульсов. Расположение затвора вплотную к глухому зеркалу наиболее удобно с точки зрения практического использования, так как позволяет получить цуг нмпульсоз с максимальной пиковой мощностью и наибольшей скважностью. Синхронизацию мод можно осуществить также посредством периодической ьюдуляпии усиления, что достигается путем накачки лазера цугом импульсов другого лазера с активной синхронизацией мод.
Достоинство такого метода заключается в том, что он позволяет получать при периодической накачке импульсы, длительность которых существенно меньше длительности импульсов накачки. Кроме того, для лазера на красителе с синхронной накачкой возможно в определенных диапазонах непрерывно перестраивать частоту генерируемых ультракоротких импульсов. Длина резонатора лазера с синхронной накачкой должна быть достаточно близка к длине резонатора лазера накачки или кратна ей.
Наибольший практический интерес представляет метод синхронной накачки в лазерах на красителях. Метод синхронной накачки может применяться и в полупроводниковых лазерах. где возможна как оптическая накачка, так и неоптическая при модуляции инжекционного тока. Г л а в а 5 ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ ЛАЗЕРЫ Твердотельными лазерамн будем называть также квантовые енераторы, в которых в качестве активной усиливающей среды используется кристаллический илн аморфный диэлектрик. Истоически твердотельные лазеры стали первыми генераторами когееитного оптического излучения. Онн получили широкое распротранение благодаря тому, что позволяют получать мощное когерентное излучение от ультрафиолетовой до ближней ИК области пектра, работать как в импульсном, так н в непрерывном режиме.
В настоящее время генерация получена иа большом числе активных сред, но наибольшее распространение получили лазеры яа рубине (А = 0,69 мкм), иттрий-алюминиевом гранате (А = = 1,06 мкм) я стекле (А = 1,06 мкм). Характерной особенностью твердых активных сред является высоквя концентрация активных центров, что позволяет получать ольшие мощности при относительно неболыпнх объемах активных сред. Возбуждение твердотельных лазеров осуществляется с помощью оптической накачки. КПД твердотельных лазеров для отдельных видов лазерных материалов достигает значений более %. зя. СИСТЕМЫ ОПТИЧЕСКОЙ НАКАЧКИ Конструктивно твердотельный лазер представляет собой излучатель, включающий в себя активный элемент, зеркала резонаора н систему оптической наквчки.
Оптической накачкой называется способ создания инверсии при облучении активного вещества излучением специального нешнего источника. Система оптической накачки содержит в обем случае лампу накачки, излучающую лучистый поток, и светооптическую арматуру, концентрирующую поток накачки на активном элементе (рис.
6.1), Различают некогерентную и когерентную накачку. При когерентиой накачке источником излучения служит вспомогательный лазер. При накачке твердотельных лазеров наибольшее распространение получила некогерентная накачка. Источником иекогереитного излучения может служить излучение естественных источников, например солнца и искусственных источников. К последним относятся газоразрядные импульсные лампы, лампы непрерывного горения (газоразрядные и накаливания), искровые разрядники, !39 Ркс.
б.1, Схема опткческоа накачки Рнс. б.я. Спектр калученнн ямпульсной ксеяоновой лампы накачки ( ); спектр поглощения рубина ( ††) пламя, взрывающиеся проволоки, полупроводниковые люминесцентные светодиоды и т. д. Наиболее широко применяются газо- разрядные лампы. Эффективность системы накачки можно определить как отношение поглощаеьтого в активном материале лучистого потока к мощности, потребляемой всеми лампамя накачки, Зффективность системы накачки зависит от КПД лампы накачки, светооп тической арматуры и эффективности использования излучения накачки. К числу наиболее важных параметров газоразрядиых ламп с точки зрения использования их для накачки лазеров относятся: эффективность преобразования электрической энергии в световое излучение, спектральный состав излучения, предельная мощность, прн которой не нарушается нормальная работоспособность лампы.
В качестве источников накачки наибольшее распространение получили ксеноновые и криптоновые лампы прямой трубчатой конструкции, являющиеся наиболее экономичными преобразователями электрической энергии в энергию оптического излучения. Их спектр излучения близок к спектру абсолютно черного тела с температурой 8000 †000 К. Спектр излучения импульсной ксеноковой лампы представляет собой наложение линий и сплошного фона (рис. 5,2). Фон наиболее сильно выражен в видимой и ультрафиолетовой частях спектра.
Если теперь, к примеру, сравнить его с графиком спектра поглощения рубина 1рис. 0.2), то можно отметить, что на спектр поглощения рубина приходится менее 30% полной световой энергии излучения лампы накачки, Остальная часть энергии является бесполезной н даже вредной, так как она затрачивается на иагреванне активного элемента, оболочки лампы накачки и отражателя. Для накачки лазеров, работающих в непрерывном режиме, используются мощные дуговые криптоновые лампы непрерывного горения. Эти лампы имеют сравнительно небольшой срок службы 1500 — !000 ч) что ограничивает ресурс работы генераторов когерентного излучения. Одним из способов увеличения ресурса работы лазеров является использование безэлектродных ламп, возбуждаемых высокочастотным разрядом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
