Режим генерации гигантских импульсов при различных временах включения добротности.

Усредненные по длине резонатора балансные уравнения (уравнения Статца—Де Марса) могут достаточно точно описывать процесс генерации лишь в тех случаях, когда длительность импульса больше времени двойного прохода излучения по резонатору. При рассмотрении же генерации достаточно коротких импульсов (длительностью менее 10 нс) требуется учет

Рис. 3.34

пространственных эффектов; в этом случае усредненные балансные уравнения не годятся.

Более корректный подход основан на использовании балансных уравнений в частных производных (иначе говоря, балансных уравнений, не усредненных по длине резонатора). Входящие в эти уравнения плотности излучения и инверсной заселенности являются функциями не только времени, но и продольной пространственной координаты. Такой подход предпринят в [24]; была использована следующая система балансных уравнений в частных производных:

Это есть уже известная читателю система (3.2.18), в которой последнее уравнение модифицировано с учетом специфики задачи (не учитываются процессы релаксации и накачки в течение времени высвечивания гигг тского импульса). На основе численного интегрирования на ЭВМ балансных уравнений (3.6.42) выявлена форма светового импульса для различных значений времени включения добротности (рис. 3.34). На рисунке представлена зависимость мощности светового импульса Р от времени (момент есть момент начала генерации) для значений равных 1,5 не (кривая 1), 3 не (кривая 2), 10 не (кривая 3), 20 не (кривая 4), 40 не (кривая 5), 60 не (кривая 6). Обозначим время двойного прохода излучения по резонатору через в рассматриваемом случае не. Из рисунка видно, что при быстром включении добротности имеет место субструктура генерируемого импульса, модулированная с периодом порядка она связана с нестационарным перераспределением

Рис. 3.35

интенсивности поля и плотности инверсной заселенности по длине активного элемента.

Увеличение времени включения добротности приводит к исчезновению указанной выше субструктуры гигантского импульса, при этом наблюдается возрастание времени линейного развития импульса (времени ) и падение энергии импульса. Последнее связано с тем, что при развитие генерации начинает протекать в условиях больших потерь.

В случае достаточно медленного включения добротности (когда ) могут генерироваться несколько независимых световых импульсов [1]. Динамику происходящих в данном случае процессов иллюстрирует рис. 3.35. В верхней половине рисунка изображена функция штриховой линией показана функция отражающая медленное возрастание добротности резонатора. В нижней половине рисунка изображена функция вид которой говорит о высвечивании в рассматриваемом случае группы из трех импульсов. Момент времени отмечает начало изменения пороговой плотности инверсной заселенности (в этот момент начинает

Рис. 3.36

Рис. 3.37

расти добротность). В момент кривые пересекаются — начинается генерация первого импульса, проходящая последовательно этапы линейного (длительность и нелинейного (М развития. В результате высвечивания первого импульса инверсная заселенность падает ниже порога. Продолжающееся понижение порога, обусловливает в момент времени новое пересечение кривых ; в этот момент начинается генерация второго импульса. Позднее, в момент начинается генерация третьего импульса. Процесс высвечивания импульсов прекращается, когда устанавливается постоянное значение порога, отвечающее максимальной добротности.