Ударные волны огибающей

Ранее при ФСМ считалось, что форма гауссовского импульса остается неизменной (в отсутствии дисперсии k2=0 k3=0)

В особых случаях в существенное нелинейное искажение формы временной огибающей возможной в отсутствии дисперсии.

При этом образуются ударные волны огибающей, возникающие при распространении достаточно мощных коротких импульсов в нелинейной среде. В первые данное явление наблюдалось в акустике и именно оттуда и пошло такое определение как «ударные волны».

В итоге при распространении мощных коротких импульсов групповые скорости и импульса перестают быть постоянными. Так нелинейная добавка к групповой скорости для среды с n2 > 0 приводит к укорочению хвоста импульса при его распространении

Ударная волна – поверхность разрыва, при пересечении которой давления, плоскости, скорость и т.д испытывают скачок.

Данное явление обусловлено волновой нестационарностью:

Т.е нельзя пренебречь изменением огибающей импульса на интервале времени равном периоду колебаний Т (т.е нельзя использовать ММА)

При большой пиковой интенсивности, за счет эффекта самофокусировки, поперечный размер импульса может достигнуть значений соизмеримых с лямда нулевое, таким образом, существенно увеличивается интенсивность второго порядка, что ведёт к разрушению среды.

- так же при большой интенсивность изменение формы импульса становится гораздо сложней, проявляется те же эффекты, которые не существенны при меньших значениях интенсивности.

В итоге из приведения рисунков можно сделать вывод :

-нелинейные эффекты в большой степени проявляются при большом значении интенсивности.

Выводы по главе “самовоздействие ли”

1) За счет n=f(I) лазерный импульс приобретает ФМ-ФСМ самофокусируется (или же самодефокусируется)

2) при ФСМ в отсутствии дисперсии импульс сохраняет свою временную форму. В приосевой области импульса ФСМ является ЛЧМ.

3) При самофокусировке до фокальной плоскости поперечной размер импульса

Также фокальной плоскости поперечный размер увеличивается, при этом если значение составляет большую величину, то распределение интенсивности приобретает сложный характер.

Ас для лазеров уки

Как говорилось ранее, лазеры УКИ предъявляют дополнительные требования к АС – большая ширина контура усиления АС, т.е. возможность генерации излучения в большом интервале длин волн. Это необходимо для того, чтобы генерировать излучение на многих продольных модах. Как говорилось ранее, чем больше количество сгенерированных продольных мод М, тем меньше τ_имп и больше Р_пик.

Будем рассматривать АС в соответствии с поколениями лазеров УКИ, кроме 1-ого поколения, которое сейчас не используется.

Органические красители (ок)

Данный тип АС используется в лазерах УКИ 2-ого поколения.

ОК в растворе отличаются высокими значениями поперечных сечений поглощения и испускания, а так же широкими спектральными полосами поглощения и люминисценции.

Люминисценция – нетепловое испускание излучения (свечения), происходящее после поглощения энергии возбуждения.

ОК пригодны как для лазеров с перестраиваемой длиной волны, так и для лазеров УКИ. Так же ОК используют в качестве просветляющихся поглотителей.

Схема энергетических уровней ОК показана на рисунке 5.4.

Рисунок 54.

На рисунке S₀, S₁, S₂ ... – синглетные уровни, причем S₀ является основным, т.е. не возбужденным энергетическим уровнем. Т1, Т2 ... – триплетные энергетические уровни.

По определению: если электрон не меняет спиновое число при возбуждении, то он переходит в синглетное состояние, если электрон меняет спиновое число при возбуждении, то он переходит в триплетное состояние.

Триплетное состояние обладает меньшей энергией и более стабильно по сравнению с синглетным состоянием.

На системы синглетных и триплетных состояний накладываются колебательные уровни. В следствии большого числа колебательных степеней свободы и сильного уширения линий в жидкостях отдельные колебательные переходы перекрываются, образуя спектральную полосу.

Под действием излучения накачки происходят переходы на возбужденное состояние S₁. Колебательная дезактивация состояния S₁ происходит чрезвычайно быстро (10^-13 с) благодаря чему молекулы собираются на нижнем крае системы уровней S₁. Отсюда они могут переходить на разные колебательные уровни S₀, что будет сопровождаться люминисценцией. Далее за счет колебательной дезактивации молекула переходит с возбужденного колебательного состояния S₀ на бесколебательное основное (т.е. не возбужденное) состояние S₀. Колебательная дезактивация так же происходит чрезвычайно быстро.

В цикле выполняются все требования для лазера с 4-ех уровневой схемой энергетических уровней:

Именно тогда, когда молекула ОК находится в бесколебательном состоянии уровня S₁, выполняется условие инверсии населенности, и может быть усилено излучение соответствующее области люминисцентных переходов.

Время жизни люминисцентных переходов подходящих ОК составляет 10^-8...10^-9 с, а выход люминисценции близок к 1, т.е. количество испущенных фотонов почти равно количеству поглощенных.

Поэтому стремятся пользоваться такими ОК, у которых очень мал квантовый выход для синглет-триплетных переходов (т.е. малая доля молекул переходит в триплетное состояние). Вместе с тем стремятся снизить время жизни уровня Т₁.

Однако, при непрерывной работе лазера эти методы оказываются недостаточными, поэтому приходится очень быстро заменять краситель в объеме возбуждения. Это осуществляется посредством быстрой прокачки красителя через кювету или при свободно текущей жидкости, в так называемой струе красителя.

Для импульсной накачки лазеров на ОК пригодны импульсные лампы, а также излучение азотных, эксимерных и твердотельных лазеров и гармоники излучения твердотельных мазеров, особенно 2-ая, 3-я, 4-ая гармоники АИГ:Nd-лазера. Для непрерывной накачки используются главным образом лазеры высокой мощности на ионах благородных газов.

В следующей таблице приведены основные параметры некоторых ОК. Из данной таблицы видно, что с помощью генерации ОК можно «перекрыть» весь видимый диапазон и ближний ИК диапазон. Так же видно, что ОК обладают большой спектральной шириной люминисценции. Например, для родамина 6Ж: λ₀ = 590 нм; Δλ_{генерации} = 80 нм. В соответствии с (1) для спектрально ограниченных импульсов:

Таблица 1