3.8. Режим генерации гигантских импульсов при пассивной модуляции добротности резонатора

Из различных способов пассивной модуляции добротности резонатора выделим способы, основанные на применении просветляющихся фильтров. Лазеры с просветляющимся фильтром обсуждались в предыдущем параграфе. Теперь рассмотрим условия обеспечения в таких лазерах режима генерации гигантских импульсов и обсудим характеристики этого режима.

Условия обеспечения режима генерации гигантских импульсов в лазере с просветляющимся фильтром.

Качественно ясно, что генерация гигантского импульса предполагает достаточно большую величину начального коэффициента резонансного поглощения фильтра (при малой величине просветление фильтра приведет к малому возрастанию добротности). Поскольку согласно , то увеличение коэффициента означает увеличение плотности поглощающих центров и сечения вынужденных переходов в фильтре На «языке» безразмерных параметров увеличение начального коэффициента резонансного поглощения фильтра означает увеличение параметра

Очевидно, однако, что чрезмерное увеличение недопустимо, так как при больших будет нарушаться условие самовозбуждения генерации (3.7.36), которое запишем в виде

Необходимо оценить, по сравнению с чем именно должна быть велика величина Будем исходить из того, что пиковая мощность гигантского импульса на несколько порядков выше пиковой мощности пичка свободной генерации. Это означает, что превышение начальной инверсной заселенности над пороговым значением, отвечающим просветленному фильтру (т. е. как раз величина должна быть на несколько порядков больше величины фигурировавшей в § 3.3 при рассмотрении свободной генерации. Используя (3.3.40), приходим, таким образом, к следующему неравенству:

Объединяя (3.8.1) и (3.8.2), получаем необходимое условие самовозбуждения гигантского импульса

Напомним, что для рубинового лазера так что условие (3.8.3) принимает вид Для лазера, активированного неодимом, имеем этом случае условие (3.8.3) принимает вид . Таким образом, чтобы в рассматриваемых случаях удовлетворялось условие (3.8.3), необходимо реализовать значение

Известно, что для генерации гигантского импульса важна высокая скорость включения добротности. В рассматриваемом случае это означает, что фильтр должен достаточно быстро просветляться, т. е. должна быть велика производная Достаточным условием того, что указанная производная будет велика, является, как это легко видеть из (3.7.26), условие

или, иначе,

Таким образом, сечение вынужденных переходов в фильтре должно быть существенно больше сечения вынужденных переходов в активном элементе. Обычно на практике реализуется .

Условие (3.8.5) (или (3.8.6)) в сочетании с условием (3.8.3) и определяет основные требования к параметрам системы «лазер с просветляющимся фильтром», при выполнении которых реализуется самовозбуждение гигантского импульса.

Отметим, что практически важный случай, когда выполняется неравенство (3.7.42), означает с учетом (3.8.5), что имеет место неравенство

или, иначе,

или, иначе,

Это означает, что обычно вероятность релаксации в фильтре меньше суммы вероятностей накачки и релаксации в активном элементе. Иначе говоря, обычно используются относительно медленно релаксирующие просветляющие фильтры. Именно в таких фильтрах достигается наиболее полное просветление.