Режим синхронизации мод
Рассмотрим идею метода синхронизации мод для генерации сверх коротких световых импульсов. Исключим из рассмотрения в оптической схеме лазера все отражающие поверхности, кроме двух поверхностей зеркал, образующих резонатор. Тогда спектр продольных мод ОР имеет вид, показанный на рис. 2.22 и состоит из равноудаленных монохроматических линий, расположенных на расстоянии ∆ω=πc/L друг от друга.
Рис.2.22.Спектр собственных мод ОР: ωq-собственная частота, Eq-амплитуда q-колебания, ∆ω- расстояние между соседними линиями.
Пунктирной линией показана люминесцентная линия активного элемента.
Если в резонаторе возбуждается (N+1) мод, попадающих в полосу усиления люминесцентной линии, то ширина спектра генерации составит:
∆ωген=N∙∆ω.
Результирующее колебание в резонаторе можно представить в виде:
(2.5)
где
E0
-
амплитуда,
-частота,
φq-
фаза q-го
колебания.
Рассмотрим два случая:
а) Фазы колебаний отдельных составляющих случайны.
Результатом
суммирования (2.5) является простое
сложение амплитуд (интенсивностей)
отдельных гармонических колебаний:
т.е.
.
б) Режим синхронизации мод
Под
синхронизацией мод понимают процесс,
в результате которого разность фаз
между соседними типами колебаний
(модами) остаются постоянными φq+1-φq=φ.
Выполнение условия синхронизации мод
приводит к их взаимной интерференции
и результатом сложения является
упорядоченная последовательность
коротких импульсов (рис.2.23). При этом
длительность отдельного импульса
обратно пропорциональна ширине спектра
генерации, т.е. =
,
а период следования импульсов равен
T=2L/c.
|
Рис.2.23. Форма колебания E(t) в режиме синхронизации мод. |
На рис. 2.24 приведена схема твердотельного лазера в режиме пассивной синхронизации мод. Для устранения селектирующих поверхностей используются клиновидные зеркала, торцы активного элемента отполированы под углом Брюстера, кювета с красителем установлена под некоторым углом к оси лазера.
Рис.2.24. Схема т/т лазера с пассивной синхронизацией мод;
М – модулятор (кювета с просветляющимся раствором красителя),
АЭ- активный элемент, З1, З2-клиновидные зеркала.
В такой системе возникает многочастотная генерация со спектральной шириной, близкой к действительной ширине люминесцентной линии данного лазерного перехода.
Таким образом, синхронизация фаз продольных мод позволяет получить в твердотельных лазерах импульсы лазерного излучения длительностью 10-10.. 10-12 сек с пиковой мощностью до 1012 Вт. Такие световые импульсы называются сверхкороткими (или ультракороткими). Разработаны такие методы активной синхронизации мод, при которой потери или усиление лазера модулируются внешним управляющим сигналом.
Рис.2.25. Активная синхронизация с помощью акустооптического
модулятора.
Для этой цели используются акустооптические (рис.2.25) или электрооптические модуляторы, управляемые высокочастотным электрическим сигналом.