Режимы’РАБОТЫ
Лазеры с модулированной добротностью могут работать в одном из следующих режимов:
1. В импульсном режиме (рис. 8.9). В этом случае профиль скорости накачки #р(£) имеет форму импульса определенной длительности, сравнимой со временем жизни г верхнего состояния (рис. 8.9а). До момента включения добротности инверсия населенностей ) нарастает до максимального значения (£ = 0 на рис. 8.9б). С этого момента (при £ > 0) начинает увеличиваться число фотонов, что приводит к возникновению импульса генерации, максимум которого имеет место в некоторый момент времени £й после включения добротности резонатора. Увеличение числа фотонов приводит к уменьшению инверсии населенностей ЛГ(£) от некоторого начального значения (при £ = 0) до конечного значения Ыр которое достигается после окончания импульса генерации. Заметим, что согласно замечаниям, сделанным в связи с рис. 8.3, масштабы времени в интервалах £ < 0 и £ > 0 являются абсолютно разными. Действительно, интервал времени £ < 0 попадает в миллисекундный диапазон, тогда как интервал £ > 0 охватывает наносекундный диапазон. Лазеры с модуляцией добротности и импульсной накачкой могут работать в режиме повторяющихся импульсов, причем частота повторения обычно колеблется от единиц до нескольких десятков герц.
2.
|
Рис. 8.10 Развитие модулированных лазерных импульсов в лазере с непрерывной накачкой, работающем в режиме импульснопериодической модуляции добротности. На рисунке показана зависимость от времени: (а) скорости накачки (б) потерь резонатора у; (в) числа фотонов ф; (г) инверсии населенностей N |
Импульсно-периодический режим с модуляцией добротности при непрерывной накачке (см. рис. 8.10). Этот режим осуществляется при непрерывной накачке лазера (со скоростью см. рис. 8.10а) и периодическом
|
Рис. 8.9 Развитие импульса лазера в режиме импульсной модуляции добротности. На рисунке показано поведение во времени: (а) скорости накачки Пр; (б) потерь резонатора у; (в) инверсии населенностей ТУ; (г) числа фотонов ф |
Переключении потерь резонатора до низкого уровня (рис. 8.106). При этом выходное излучение лазера представляет собой непрерывный цуг световых импульсов (рис. 8.10в), а инверсия в каждом импульсе падает от начального значения (перед включением добротности резонатора) до конечной величины (после излучения гигантского импульса, рис. 8. Юг). Затем инверсия населенностей восстанавливается под действием накачки до значения которое она имела до включения добротности резонатора. Поскольку время, необходимое для восстановления инверсии, примерно равно времени жизни верхнего уровня х, разделяющий импульсы промежуток времени тр должен быть меньше или равным т. Действительно, если тр значительно превысит величину!, большая доля инверсии будет теряться на спонтанное излучение. Поэтому частота повторения лазеров с модуляцией добротности при непрерывной накачке варьируется, как правило, от единиц до нескольких десятков килогерц.
Обычно для осуществления импульсного режима работы лазера используют электрооптические и механические затворы, а также насыщающиеся поглотители. В случае импульсно-периодического режима с модуляцией добротности при непрерывной накачке (который имеет меньшее усиление, чем при импульсной накачке) применяют механические затворы или, что более общепринято, акустооптические затворы. В лазерах с непрерывной генерацией установка насыщающегося поглотителя внутри резонатора позволяет, при определенных условиях, добиться импульсно-периодического режима с модуляцией добротности. В этом случае скорость повторения переключающих импульсов определяется нелинейной динамикой поглотителя, а не внешним управлением.
