Лазеры уки
Существует большое количество разнообразных схем построения лазеров УКИ. В данной главе рассмотрим некоторые наиболее показательные схемы построения лазеров УКИ.
Начнем с лазеров 2-ого поколения.
ФС-лазеры на красителях с ПСМ
Схема кольцевого лазера на красителе со сталкивающимися в струе поглотителя импульсами приведена на следующем рисунке.
31 – 34 – сферические зеркала;
30 – плоское зеркало.
Рис. 64
Как говорилось ранее, использование схемы лазера на красителях со сталкивающимися импульсами позволяет генерировать самые короткие импульсы для лазеров 2-ого поколения.
ОК имеют время жизни возбужденного состояния несколько нс (см рис. 54, т.е. это время шире люминесцентного перехода S1 → S0), поэтому требуют большой мощности накачки для поддержания постоянного уровня инверсии населенности (например время жизни лазерных переходов у Nd3+ составляет величину ~ 10-4 с). Для снижения уровня накачки инверсию населенности получают в малом объеме, т.е. лазерный пучок с помощью сферических зеркал 34-33 фокусируют в АС и излучение накачки фокусируется в малую область АС. Также использование АС больших размеров ведет к большим проявлениям эффектов дисперсионного расплывания и ФСМ. В итоге струя ОК имеет ширину порядка 10 – 200 мкм. Чтобы нелинейность поглощения излучения в просветляющемся поглотителе проявлялась в большей степени, то излучение также фокусируется в поглотитель с помощью сферических зеркал 32 – 31.
Для уменьшения потерь в резонаторе, а следовательно снижения порога генерации и необходимой мощности накачки, струи красителя и поглотителя располагают под углом Брюстера. Это приводит к астигматизму пучка. Для компенсации астигматизма фокусирующие зеркала должны быть наклонены под определенным углом.
Быстрая замена ОК в области генерации излучения осуществляется посредством свободно текущей струи ОК. Придав выходным соплам надлежащую форму, создав достаточно высокое давление и используя достаточно вязкий растворитель (этиленгликоль), можно создавать ламинарный поток ОК высокой оптической однородности с высокой скоростью течения.
АС – родамин 6Ж
поглотитель – медленный насыщающийся поглотитель DODCI
Толщина струи поглотителя равнялась 10 мкм. Такое малое значение толщины обусловлено условием тонкости поглотителя. Именно с использованием тонких поглотителей τимп гораздо меньше, чем с использованием толстых поглотителей.
Максимальные эффекты когерентного перекрытия двух импульсов в поглотителе достигаются если оба импульса одинаково усиливаются АС. Это условие достигается, когда расстояние между АС и поглотителем = L/4, где L – длина кольцевого резонатора. Докажем эти факты. Ниже приведена схема эквивалентного резонатора для случая кольцевого резонатора:
Рис. 65
Рассмотрим момент времени τ0, когда оба импульса (распространяющихся по часовой и против часовой стрелки) перекрываются в поглотителе. Обозначим эти импульсы следующим образом:
П – распространяется против часовой стрелки;
Л – по часовой стрелке.
Время прихода П и Л импульсов в АС отображено на следующем рисунке:
Рис. 66
Чтобы импульсы П и Л одинаково усиливались в АС, необходимо, чтобы за интервалы времени между импульсами Кус АС принимал одинаковые значения.
Так как мощность накачки постоянна, то одинаковое значение Кус достигается за одинаковые интервалы времени => Δ1 = Δ2.
Из равенства интервалов времени Δ1 и Δ2 можно записать уравнение:
Т.е. мы доказали, что для того, чтобы Л и П импульсы одинаково усиливались АС, необходимо, чтобы расстояние между АС и поглотителем = L/4.
Для уменьшения τимп внутрь резонатора помещен призменный компрессор. За счет явлений ФСМ и дисторсии в АС и поглотителе, излучение приобретает частотную модуляцию, поэтому за счет использования компрессоров можно уменьшить τимп.
При отсутствии компрессора τимп = 65 – 90 фс.
При компрессоре и линейной геометрии резонатора без режима сталкивающихся импульсов τимп = 33 фс.
При компрессоре и режиме сталкивающихся импульсов τимп 27 фс.
Таким образом, использование внутрирезонаторных схем компрессии и режима сталкивающихся импульсов позволят значительно уменьшить τимп.