Режим свободной генерации.
Предположим, что в резонаторе лазера находится только активный элемент и нет каких-либо нелинейных элементов или элементов, свойства которых изменяются под воздействием внешних сигналов. В этом случае говорят о режиме свободной генерации. Фактически этот термин объединяет несколько разных режимов; их общая черта — отсутствие какого-либо специального управления генерацией, какого-либо воздействия на нее извне. В частности, отсутствует какая-либо модуляция (как активная, так и пассивная) добротности резонатора. Свободная генерация может иметь место как в случае импульсной, так и в случае непрерывной накачки.
Наиболее интересна картина свободной генерации в твердотельных лазерах. Свободное излучение твердотельного лазера представляет собой, как правило, последовательность относительно коротких импульсов или, как принято говорить, пичков. Длительность отдельного пичка
Рис. 3.1
равна 
мощность достигает значений 104—105 Вт. Временной интервал между соседними пичками составляет примерно 
На рис. 3.1 приведены три осциллограммы излучения твердотельного лазера, соответствующие трем характерным типам пульсаций (трем характерным пичковым режимам) 14]: а) режим регулярных затухающих пульсаций с выходом на генерацию с постоянным уровнем мощности; б) режим регулярных незатухающих пульсаций; в) режим нерегулярных незатухающих пульсаций.
Пички в интенсивности выходного излучения были обнаружены в первых же экспериментах с рубиновым лазером
в 1960 г. [15]. Однако природа пичков до сих пор продолжает оставаться предметом исследований (см., например, [16-18]). На основе одномодовой модели лазера можно показать, что регулярные затухающие пульсации связаны с переходными процессами, сопровождающими начало генерации при появлении очередного импульса накачки; иначе говоря, эти пульсации связаны с отмечавшейся выше инерционностью процессов заселения и релаксации уровней [1, 2]. Существенное влияние на характер пичкового режима оказывает многомодовость генерации [4, 11, 16— 20]; в частности, наличие многих мод может вносить в картину пульсаций неупорядоченность.
Особенно много неясностей существовало в вопросе о природе режимов незатухающих пульсаций. Исследования пичковых режимов твердотельных лазеров и в особенности лазера на иттрий-алюминиевом гранате с неодимом подтвердили выдвинутое в [9] предположение, что незатухающие пульсации связаны главным образом с влиянием нестабильности резонатора на динамику лазера, т. е. в основном имеют техническое происхождение. Для лазера на гранате с неодимом были получены прямые доказательства связи незатухающих пульсаций с вибрациями зеркал резонатора и неравномерным (во времени) нагревом активного элемента [21]. Незатухающие пульсации могут быть связаны также с многомодовостью генерации [16].
