Лазеры с синхронной накачкой

1) Типовая схема устройства лазера на красителе с синхронной накачкой показана на следующем рисунке:

Рис. 67

Излучение лазера накачки с помощью сферического зеркала фокусируется в струе ОК. Резонатор лазера состоит из трех сферических зеркал, через одно из которых выводится излучение.

Использование схем с разгрузкой резонатора [cavity dumping], т.е. вместо выходного зеркала располагается селектор, позволяет увеличить энергию выходного импульса за счет снижения частоты повторения импульсов.

Селектор состоит из пары сферических зеркал и дефлектора, который выводит импульс из резонатора после нескольких десятков проходов.

Под действием управляющего сигнала дефлектор переключается и осуществляется вывод излучения из резонатора.

Т.к. в исходном состоянии дефлекторы в схеме с разгрузкой резонатора излучение из резонатора не выводится, то β_потерь меньше чем при обычной схеме резонатора. Так как при этом накачка не изменяется по сравнению с обычной схемой, то при уменьшении β_потерь, τ_имп увеличивается. А так как (К_ус – β_потерь) увеличивается, то Е_вых увеличивается.

В итоге схема с разгрузкой резонатора позволяет увеличить энергию импульса на порядок при увеличении τ_имп в 2..3 раза.

2) При рассмотрении лазеров УКИ с синхронной накачкой, говорилось, что длины резонаторов лазеров должны быть очень точно согласованными (равны или кратны друг другу). Изменение внешних условий, например температуры может изменить параметры УКИ или даже привести к срыву СМ. Поэтому в лазерных системах для генерации высокостабильных УКИ используются один или несколько контуров регулирования.

Схема лазера с 2-мя контурами регулирования приведена ниже:

Рис. 68

Контур быстрой регулировки посредством измерения τ_имп вырабатывает сигнал для модулятора лазера накачки с СМ. Тем самым возможно изменение параметров импульса накачки: τ^нак, Е^нак.

Двойной контур небыстродействующего регулирования позволяет перемещать выходное зеркало и тем самым изменять длину резонатора. Этот контур обеспечивает долговременную генерацию стабильных лазерных импульсов, уменьшая низкочастотные флуктуации параметров импульса.

3) Синхронную накачку можно осуществлять с помощью цугов мощных пикосекундных импульсов, генерируемых твердотельными лазерами с ПСМ (лазерами 2-ого поколения) или системами, работающими в режиме двойной модуляции: СМ + МД (модуляция добротности).

При использовании режима двойной модуляции достигаются гораздо большие значения Р_пик нежели, чем при СМ. Однако не стационарность параметров импульсов накачки ведет к тому, что параметры сгенерированных импульсов меняются в пределах цуга. Это отображено на следующем рисунке.

(1) – задержка генерируемых импульсов относительно импульсов накачки;

(2) – энергия импульсов генерации;

(3) – длительность импульсов генерации.

Первые импульсы накачки создают в АС усиление достаточное для генерации излучения. При этом т.к. К_ус начинает расти от «0» то требуется много энергии накачки, которая содержится в нескольких импульсах цуга накачки.

Как только К_ус > β_потерь, то происходит генерация излучения. Длительность первых сгенерированных импульсов равна интервалу времени, когда К_ус > β_потерь. При последующих импульсах накачки, сгенерированный импульс уже насколько раз пройдет по резонатору, а значит его энергия увеличится, а τ_имп уменьшится. При этом задержка генерируемых импульсов относительно импульсов накачки ↓.

При уменьшении энергии импульсов накачки, энергия сгенерированных импульсов уменьшается, при этом время задержки начинает увеличиваться, т.к. Кус начинает превышать β_потерь во все более поздние моменты времени. Т.к. Е_имп сгенерированных ↓, то Кус медленнее уменьшается под действием вынужденного излучения => τ_имп ↑.