Работа лазера в режиме модулированной добротности

Механические затворы.

Слово "механический" означает, что модуляция добротности осуществляется механически, т. е. вращением одного из зеркал лазера вокруг оси, перпендикулярной оси резонатора (рис. 3.2). Чтобы избежать генерации нескольких импульсов, скорость вращения зеркала должна быть очень большой. Для резонатора длиной L == 50 см требуются скорости вращения порядка 30 000 об/мин.

png">

Рисунок 3. 2. Схема модуляции добротности вращающимся зеркалом.

Затворы на основе насыщающихся поглотителей.

Такие затворы дают наиболее простой метод модуляции добротности. В этом случае затвор представляет собой кювету, наполненную некоторым насыщающимся поглотителем, который поглощает свет, длина волны которого совпадает с длиной волны лазерного излучения. Обычно в качестве такого поглотителя используется раствор органического красителя (например, в случае Nd: YAG-лазера применяют краситель, известный под названием BDN). Поглотитель можно представить себе как двухуровневую систему с очень большим пиковым сечением перехода (в случае насыщающихся поглощающих красителей эта величина обычно составляет 10~16 см2). При этом из Is=h·w/σ·τ следует, что соответствующая интенсивность насыщения Is сравнительно мала и при сравнительно низкой интенсивности падающего света поглотитель становится почти прозрачным (благодаря насыщению). Предположим теперь, что мы поместили кювету с красителем в резонатор лазера и длина волны, при которой поглощение раствора красителя максимально, совпадает с длиной волны генерации лазера. Для определенности допустим также, что начальное (т. е. ненасыщенное) поглощение в кювете с красителем составляет 50%. В рассматриваемом лазере генерация может начаться только при условии, что усиление активной среды скомпенсирует потери в кювете, а также потери, обусловленные поглощением в резонаторе при отсутствии насыщения. Вследствие большого поглощения в кювете с красителем критическая инверсия населенностей оказывается очень высокой. С момента генерации интенсивность лазерного излучения начнет нарастать от уровня спонтанных шумов (рис 3.3). Когда интенсивность становится сравнимой с Is (при t=ts, как показано на рис 3.3), краситель начнет просветляться благодаря насыщению поглощения. Вследствие этого возрастает скорость нарастания интенсивности лазерного излучения, что в свою очередь приводит к увеличению скорости просветления красителя, и т. д. Поскольку величина Is относительно мала, в активной среде инверсия населенностей после просветления по существу остается той же самой, что и до просветления красителя (т. е. очень высокой). Следовательно, усиление лазера после просветления красителя значительно превышает потери, и как следствие этого на выходе лазера появится гигантский импульс (рис.3).

Рисунок 3.3. Типичная временная зависимость интенсивности I лазерного пучка в резонаторе длиной 60 см с пассивной модуляцией добротности, осуществляемой насыщающимся поглотителем

Величина In - это интенсивность шума в данной моде, обусловленного спонтанным излучением. Приведена также длительность импульса (~30 нс), измеренная на полувысоте.