3.6. Режим генерации гигантских импульсов при активной модуляции добротности резонатора

Основные временные этапы.

Развитие гигантского импульса удобно рассматривать, выделив основные временные этапы в картине генерации.

Рис. 3.28

Обратимся к рис. 3.28 (ср. с рис. 3.2). В верхней половине рисунка изображены три зависимости от времени: для плотности инверсной заселенности (кривая ), для пороговой плотности инверсной заселенности (кривая для добротности резонатора (штриховая кривая ). Две последние кривые взаимосвязаны, поскольку согласно Добротность изменяется от минимального значения (высокие потери) до максимального значения (низкие потери), переключение добротности осуществляется за время Соответственно пороговая плотность инверсной заселенности изменяется от максимального значения до минимального значения Кривая в нижней половине рисунка описывает зависимость от времени для плотности числа фотонов в генерируемом излучении (зависимость ). Выделим три последовательных этапа: этап накачки и этапы линейного и нелинейного развития генерации.

Этап накачки предшествует генерации . Благодаря накачке возрастает плотность инверсной заселенности . В некоторый момент времени (Он обозначен на рисунке начинает быстро расти добротность резонатора, соответственно начинает быстро уменьшаться порог генерации. Снижение порога приводит к пересечению графиков момент времени, соответствующий точке пересечения А (см. рисунок), есть момент начала генерации. На рисунке он выбран в качестве начального момента

Этап линейного (медленного) развития генерации имеет длительность Он характеризуется практически постоянным значением плотности инверсной заселенности (обозначим это значение через строго говоря, ).

Поскольку в рассматриваемом здесь случае быстрого включения добротности справедливо неравенство то уже на начальной стадии этапа линейного развития генерации добротность достигает своего максимального значения, так что развитие генерации происходит в условиях низких потерь. К началу генерации (т. е. к моменту плотность фотонного поля принимает значение обусловленное спонтанными процессами. На линейном этапе генерации функция возрастает незначительно и лишь в самом конце данного этапа начинается быстрое ее возрастание, указывающее на переход к этапу нелинейного развития.

Этап нелинейного (быстрого) развития генерации имеет длительность существенно меньшую длительности линейного этапа (см. рис. 3.28). В течение данного этапа плотность инверсной заселенности падает до минимального значения причем это значение оказывается меньше конечного порогового значения Практически вся энергия, сосредоточенная в гигантском импульсе, высвечивается на данном этапе.

Необходимым условием увеличения энергии гигантского импульса является увеличение разности (на рисунке эта разность обозначена как Для этого надо, во-первых, обеспечить достаточно большую разность , т. е. глубокую модуляцию добротности. Во-вторых, необходима высокая интенсивность накачки, позволяющая приблизить величину параметра накачки (а следовательно, и величину к значению

Наконец, в-третьих, необходимо согласовать момент включения добротности с импульсом накачки—добротность должна начать увеличиваться уже после того, как величина достаточно приблизится в результате накачки к своему предельному (для данной мощности накачки) значению