Главная | Обратная связь

Основные режимы работы лазеров

Непрерывный и импульсный режимы.

Накачка лазеров может осуществляться во времени как непрерывно, так и импульсно. При длительном (непрерывном) режиме вводимая в активную среду энергия накачки ограничена перегревом активной среды и связанными с этим явлениями. В режиме одиночных импульсов возможно введение в активную среду значительно большей энергии, чем за то же время в непрерывном режиме. Это обусловливает большую мощность одиночного импульса. Но и при непрерывной накачке возможны различные режимы работы лазеров, существенно зависящие от соотношения двух характерных времен: времени затухания электромагнитного поля в резонаторе и времени установления стационарного распределения частиц по рабочим энергетическим уровням под действием накачки. Последнее зависит от времени жизни частиц на уровнях и от интенсивности накачки.

Если , то лазер, наряду с режимом непрерывной генерации может генерировать периодические последовательности импульсов.

Гигантские импульсы.

В лазерах на основе веществ, имеющих сравнительно большое время релаксации возбужденных частиц, можно осуществлять генерацию короткого одиночного импульса достаточно большой энергии и громадной мощности. Лазер, работающий в режиме стационарной генерации, не может излучать мощность, превышающую мощность накачки. Но если выбрать вещество с достаточно большим временем релаксации и выключить обратную связь, то располагая источником накачки небольшой мощности, можно на верхнем рабочем уровне накопить большое количество возбужденных частиц. Если после окончания процесса накопления частиц быстро включить обратную связь, то за счет большого числа возбужденных частиц развивается мощный импульс лазерного излучения.

Для осуществления режима гигантских импульсов используют модуляцию добротности резонатора. Управление добротностью резонатора обеспечивают различные оптические затворы: механические, электрооптические, основанные на эффекте просветления и другие. В механических затворах используется метод, основанный на вращении одного из зеркал. Возбуждение колебаний в лазере с вращающимся зеркалом возможно лишь в течение короткого интервала времени, когда зеркала взаимно параллельны с высокой степенью точности. При скорости вращения 20000 об./мин., легко реализуемой на практике, время переключения добротности составляет примерно 10^-7 с. Для управления добротностью резонатора широко используют электрооптические затворы. Основным звеном такого затвора является электрооптический элемент, в качестве которого применяют ячейки Керра и Поккельса. Ячейка Керра представляет собой конденсатор, заполненным изотропным веществом, обладающим свойством приобретать двойное лучепреломление под действием электрического поля (эффект Керра). В подобных ячейках Поккельса используют кристаллы, также обладающие электрооптическим эффектом.

Для управления добротностью резонатора с помощью ячеек Керра и Поккельса, их помещают в резонатор между зеркалом и активным элементом лазера. К ячейке прикладывают такое напряжение, чтобы разность хода обыкновенного и необыкновенного лучей при двукратном прохождении через резонатор составляла половину длины волны. В результате плоскость поляризации оптического пучка поворачивается на 90⁰ относительно первоначального положения, задаваемого поляризационной призмой (рис. 3.1) и пучок не

Рисунок 3.1 Получение гигантских импульсов.

может пройти через нее. Это соответствует закрытому состоянию затвора, т.е. разрыву обратной связи. При снятии напряжения с ячейки затвор открывается и обратная связь восстанавливается.

Для осуществления режима гигантского импульса широко используются пассивные просветляющие затворы, насыщающиеся фильтры. Их действие основано на свойстве некоторых веществ менять прозрачность под действием проходящего через них излучения. Свойством значительно увеличивать прозрачность с ростом интенсивности оптического пучка обладают некоторые растворы красителей и некоторые марки стекол. Таким образом, пока оптический поток малоинтесивен затвор закрыт и только при определенном пороговом значении интенсивности открывается за счет просветляющего эффекта. После окончания процесса излучения гигантского импульса затвор самопроизвольно закрывается.

Гигантские импульсы при мощности накачки в десятки кВт могут иметь мощность в сотни МВт при длительности 10^-8 – 10^-10 с.

Классификация лазеров

Твердотельные лазеры.

Лазеры можно классифицировать по особенностям активной среды (твер-

дотельные лазеры, жидкостные лазеры, газовые лазеры и т.д.), по способу накачки (лазеры с оптической накачкой, газоразрядные лазеры, химические лазеры), по сферам практического применения, по мощности и энергии оптического излучения. Но любая из таких классификаций не выглядит достаточно научной и убедительной, поскольку в рамки одного и того же класса попадают лазеры, совершенно не похожие по другим признакам. По совокупности признаков (среда, способ накачки, генерируемая мощность) наиболее принята следующая классификация:

1. Твердотельные лазеры на диэлектрических элементах.

2. Полупроводниковые лазеры.

3. Жидкостные лазеры на органических и неорганических средах.

4. Газовые лазеры: на нейтральных атомах, ионах, молекулах различных типов, парах металлов, пучках свободных электронов, продуктах химических реакций.

ЛЕКЦИЯ 4