Пассивная модуляция добротности в Неодимовых лазерах

Осуществляется средой, просветляющейся под действием интенсивного лазерного излучения. В качестве сред применяются различные красители или кристаллы с центрами окраски. В первом приближении насыщающийся поглотитель можно рассматривать как двухуровневую систему с очень большим сечением поглощения (~10^-16 см²). Если мощность лазерного излучения, проходящего через среду поглотителя, не превышает некоторого значения W (своё для каждого вида среды), тогда среда сильно поглотит проходящее излучение. В случае превышения мощности среды порогового значения среда насыщается и становится прозрачной для проходящего излучения.

Просветление среды происходит при интенсивности насыщения: ,

где s – сечение поглощения, t - время релаксации верхнего уровня.

Плотность энергии, при которой происходит просветление среды:

,

где t_и – длительность лазерного импульса, Т₀ – начальное пропускание среды.

Некоторые характеристики применяемых в Nd лазерах просветляющихся сред:

Табл.1. Параметры просветляющихся сред (l~10^-4см)

Приведённые среды имеют большие значения сечения поглощения, а значит относительно небольшие интенсивности просветления. Так, при s ~10^-16см², t~10пс, l~10^{-4 см –} I_S ~ 100 МВт/см². Для получения гигантских импульсов длительностью в десятки наносекунд применяются пассивные затворы с примерно таким же временем релаксации, например, LiF:F², для которого интенсивность просветления ~0,1МВт/см².

При помещении пассивного затвора в резонатор генерация начинается в момент, когда плотность инверсной населённости (или коэффициент усиления слабого сигнала) превысит пороговый уровень, определяемый потерями в пассивном затворе и внутри резонатора. Типичное время от начала включения накачки до момента возникновения генерации составляет ~ 100 – 300 мкс (для YAG:Nd и Nd лазеров). С момента начала генерации интенсивность лазерного излучения внутри резонатора будет возрастать от уровня спонтанных шумов (~ ватты/см²) до ~ I_S. Этот момент называется временем развития генерации и составляет t_Р» 5 мкс. За этот промежуток времени происходит основное формирование спектральных и пространственных характеристик лазерной моды. К окончанию этого времени пассивный затвор начнёт просветляться, скорость нарастания интенсивности лазерного излучения будет возрастать, что, в свою очередь, приведёт к увеличению скорости просветления красителя, и т.д. Так как величина I_S ~0,1 МВт/см² мала, то на просветление затвора требуется мало энергии (относительно запасаемой), и в активной среде инверсия населённостей в момент времени сразу после просветления остаётся практически той же самой, что и до просветления. После просветления затвора усиление в активной среде значительно превышает потери, и, как следствие этого, развивается гигантский импульс длительностью от нескольких до десятков наносекунд.

При пассивной модуляции добротности резонатора происходит естественная, без привлечения каких-либо дополнительных аппаратных средств, селекция продольных мод. Однако момент времени появления гигантского импульса не может быть жёстко задан, и стабильность этого времени относительно начала накачки обусловлена только стабильностью всех параметров лазера (система накачки, охлаждение, резонатор и т.д.).[4]

Поиск по сайту: