Сопоставление режимов генерации гигантских импульсов при активной и пассивной модуляции добротности; комбинированная модуляция добротности.

Выше отмечалась определенная аналогия между указанными режимами генерации. В обоих случаях наблюдается относительно длительный этап линейного развития генерации, на котором плотность инверсной заселенности практически не меняется, и короткий этап нелинейного развития генерации, на котором высвечивается основная часть энергии, содержащейся в гигантском импульсе. В обоих случаях гигантские импульсы имеют достаточно близкие параметры — длительность импульса (определяемую длительностью нелинейного этапа), пиковую мощность, энергию. В балансных уравнениях для лазера с просветляющимся фильтром обнаруживается при почти полная аналогия со случаем быстрого (мгновенного) включения добротности.

Вместе с тем каждый из сопоставляемых режимов генерации гигантских импульсов имеет свою специфику. Генерация при активной модуляции добротности начинается в момент времени, когда пороговая плотность инверсной заселенности будет снижена до значения плотности инверсной заселенности, обусловленного к указанному моменту времени накачкой. Напомним, что . Управляя изменением во времени добротности можно тем самым управлять изменением во времени порога генерации и достаточно точно фиксировать момент начала генерации по отношению к внешнему сигналу — до 10 нс для электрооптических затворов и до 100 нс для оптикомеханических затворов с вращающейся призмой.

Генерация гигантского импульса при пассивной модуляции добротности начинается в момент времени, когда обусловленная накачкой плотность инверсной заселенности, постепенно возрастая, достигнет порогового значения, определяемого потерями в резонаторе с непросветленным фильтром; это пороговое значение определяется соотношением (3.7.50):

Рис. 3.45

В этом случае можно воздействовать на момент начала генерации, лишь управляя изменением во времени интенсивности накачки. При этом не удается фиксировать момент начала генерации сколь-либо точно. Время начала генерации, отсчитываемое от момента поджига лампы накачки, сильно флуктуирует от вспышки к вспышке (от импульса к импульсу); различие может достигать с.

Сделанные замечания поясняет рис. 3.45. Предположим, что возрастающая в процессе накачки кривая флуктуирует от вспышки к вспышке в пределах заштрихованной на рисунке области. На рис. 3.45, а показано пересечение функций при активной модуляции добротности (быстрое включение добротности), и на рис. 3.45, б — при пассивной модуляции добротности. В первом случае имеет место управляемое изменение во времени порога генерации; во втором порог генерации во времени не меняется. Легко видеть, что интервал разброса моментов начала генерации при пассивной модуляции оказывается значительно шире, чем при активной:

Для более точного фиксирования момента начала генерации и улучшения воспроизводимости временного хода процессов применяют комбинированную модуляцию добротности, т. е. используют совместно просветляющийся фильтр и модулятор активного типа. Наличие просветляющегося фильтра, как правило, увеличивает скорость включения добротности и улучшает параметры излучения;

Таблица 3.4

модулятор активного типа фиксирует момент начала генерации и способствует упорядочению картины появления импульсов от вспышки к вспышке. В качестве конкретного примера в табл. 3.4 приведены данные по параметрам гигантского импульса для трех случаев [6]: 1 — рубиновый лазер с активной модуляцией добротности при помощи вращающейся призмы, 2 — рубиновый лазер с пассивной модуляцией на основе использования фталоцианинового красителя, 3 — вариант комбинированной модуляции. Можно видеть, что применение комбинированной модуляции повышает в данном случае энергию и пиковую мощность импульса и сокращает его длительность.

Выше отмечалось, что при пассивной модуляции длительность этапа линейного развития генерации оказывается примерно на порядок больше, чем при активной модуляции. Это связано с тем, что при активной модуляции добротности процесс генерации на линейном этапе развивается фактически в условиях низких потерь в резонаторе (в случае быстрого включения добротности), тогда как при тссивной модуляции процесс генерации на линейном этапе развивается в условиях высоких ттерь. Указанное различие двух рассматриваемых режимов генерации гигантских импульсов хорошо видно на рис. 3.46, где сопоставляются зависимости для каждого режима (а — режим активной модуляции при быстром включении добротности, б — режим пассивной модуляции). Физически ясно, что быстрое уменьшение потерь при активной модуляции добротности облегчает (ускоряет) развитие генерации, что и проявляется в сокращении (по сравнению со случаем пассивной модуляции) длительности линейного этапа.

На рис. 3.47 представлены экспериментальные кривые для временной зависимости мощности излучения для

Рис. 3.46

активной (кривая 1) и пассивной (кривая 2) модуляции добротности рубинового лазера [6]. Время на рисунке отсчитывается от момента начала генерации; для мощности выбрана логарифмическая шкала. Из рисунка видно, что увеличение длительности линейного этапа в случае пассивной модуляции приводит к увеличению уровня мощности, от которого начинается рост гигантского импульса на нелинейном этапе; этот уровень мощности примерно на три порядка выше по сравнению со случаем активной модуляции.