5.4.5.2. Лазерные системы с сихронизацией мод

Лазеры с синхронизацией мод могут работать как с импульсной, так и с непрерывной накачкой (рис. 5.46). При импульсной накачке активная синхронизация мод достигается, как правило, с помощью электрооптического модулятора на ячейке Поккельса или акустооптического модулятора. Возможная конфигурация модулятора на ячейке Поккельса соответствует рис. 5.28, а, когда прикладываемое к ячейке напряжение модулируется по синусоидальному закону от нуля до доли четвертьволнового напряжения. Пассивная синхронизация мод в импульсных лазерах обычно осуществляется применением быстрых насыщающихся поглотителей. В импульсном режиме общая длительность огибающей цуга импульсов в режиме синхронизации мод в некоторых случаях определяется длительностью импульса накачки. Это справедливо, например, для усиливающих сред с быстрым временем восстановления (например, лазеров на красителях), в которых может составлять обычно несколько микросекунд. В случае усиливающих сред с большим временем восстановления (например, твердотельных лазерах), когда для синхронизации мод применяется насыщающийся поглотитель, наличие такого

Рис. 5.46. Синхронизация мод лазера в импульсном (а) и непрерывном (б) режимах работы.

поглотителя приведет не только к синхронизации мод, но и к модуляции добротности. При этом длительность огибающей цуга импульсов будет определяться длительностью импульса в режиме модуляции добротности вычисленной в разд. 5.4.3.3 (несколько десятков наносекунд). Заметим, что если наряду с медленно усиливающей средой используется медленно насыщающийся поглотитель около нескольких наносекунд), то, как было показано в разд. 5.4.3.1, вместо синхронизации мод будет наблюдаться пассивная модуляция добротности селекцией (одной продольной) моды.

В случае синхронизации мод при непрерывной накачке выходной пучок состоит из непрерывного цуга импульсов, в котором интервал между двумя соседними импульсами равен времени полного прохода резонатора (см. рис. 5.46, б). Активная синхронизация осуществляется, как правило, либо модулятором на ячейке Поккельса, либо акустическим модулятором, что более общепринято, поскольку потери, вносимые этим модулятором в резонатор, меньше. Акустооптический модулятор, используемый для синхронизации мод, отличается от того, который применяется при модуляции добротности (см. рис. 5.30), поскольку грань, к которой прикреплен преобразователь, и противоположная грань оптического блока вырезаны параллельно друг другу. Звуковая волна, возбуждаемая преобразователем, теперь отражается назад противоположной гранью блока. Если длина оптического блока равна целому числу полуволн звуковой волны, то возникают звуковые стоячие волны. В этих условиях, если частота звуковой волны равна и, дифракционные потери будут промодулированы с частотой Действительно, дифракционные потери достигают максимума в те моменты времени, когда имеет место максимум амплитуды стоячей волны.

Рассмотрим теперь стоячую звуковую волну вида Максимум амплитуды стоячей волны равен и достигается дважды за период колебаний (а именно при и при Таким образом, потери модулируются с частотой и синхронизация мод происходит при выполнении следующих двух условий: 1) если модулятор расположен как можно ближе к одному из зеркал резонатора и 2) если частота модуляции равна и преобразователь возбуждается

Таблица 5.1. (см. скан) Лазерные системы с синхронизацией мод

с частотой равной (например, v = 50 МГц при ).

В заключение данного раздела, а также раздела, целиком посвященного синхронизации мод, в табл. 5.1 мы суммировали режимы работы некоторых наиболее распространенных лазеров с синхронизацией мод. В следующей главе мы дадим подробное описание каждого из этих лазеров. Здесь же мы лишь заметим, что при использовании акустооптического модулятора для синхронизации мод длительности импульсов -лазера с непрерывной накачкой окажутся сравнимыми, хотя ширина линии -лазера существенно больше, чем -лазера Это связано с тем, что лазерная линия в Nd:YAG уширена однородно, в то время как в аргоновом лазере она уширена неоднородно. Заметим также, что самые короткие импульсы получены от непрерывного лазера на красителе родамин с синхронизацией мод посредством насыщающегося поглотителя