5.4.6. Разгрузка резонатора

Метод разгрузки резонатора позволяет вывести энергию, накопленную в лазере, за время, равное времени полного прохода резонатора. Идею этого метода можно понять при помощи рис. 5.47. На этом рисунке изображен резонатор, составленный из зеркал с коэффициентом отражения а выходной пучок выводится с помощью устройства специального типа. Коэффициент отражения этого устройства до определенного момента времени равен нулю, а затем резко возрастает до Таким образом, это устройство за два прохода выведет из резонатора (разгрузит резонатор) всю циркулирующую в лазере энергию. Впрочем, если коэффициент отражения устройства переключается на величину, меньшую чем 100%, то

устройство разгрузки резонатора все равно будет функционировать, выводя наружу долю циркулирующей энергии, если коэффициент отражения переключается до его большого значения за время полного прохода резонатора, а затем возвращается к нулевому значению. Разгрузка резонатора является общим методом, который можно с успехом применять в лазере с синхронизацией мод, непрерывном лазере и лазере с модулированной добротностью. В дальнейшем мы ограничимся рассмотрением разгрузки резонатора в лазере с синхронизацией мод, поскольку на практике это именно тот случай, когда наиболее часто применяется разгрузка резонатора.

Рис. 5.47. Принцип работы лазера с разгрузкой резонатора.

Для импульсных лазеров с синхронизацией мод резонатор обычно разгружают в тот момент времени, когда внутрирезонаторный импульс достигает максимума (см. рис. 5.46, а). При этом из резонатора лазера выходит единственный мощный ультракороткий импульс. Заметим, что если в высокоотражающем состоянии выходного устройства коэффициент отражения равен разгрузка резонатора достигается только переключением устройства в состояние с этим коэффициентом отражения. Данный способ разгрузки резонатора часто осуществляется электро-оптическим модулятором на ячейке Поккельса, имеющим конфигурацию, аналогичную той, которая используется при модуляции" добротности (рис. 5.28). В конфигурации, показанной на рис. 5.28, а, в момент времени, когда необходима разгрузка, к ячейке Поккельса прикладывают импульс четвертьволнового напряжения и на выходе отбирается отраженный от поляризатора пучок.

В случае непрерывного лазера с модуляцией добротности метод разгрузки резонатора можно использовать периодически для получения цуга ультракоротких импульсов, частота следования которых равна теперь частоте работы устройства разгрузки, а не частоте повторения устанавливаемой временем полного прохода резонатора. Если эта частота достаточно низка ( МГц), то соответствующий промежуток между двумя последовательными разгрузками резонатора обеспечивает достаточное время для восстановления синхронизации мод. Поэтому метод периодической разгрузки резонатора позволяет получить последовательность ультракоротких лазерных импульсов при намного более низкой частоте

повторения и, следовательно, значительно более высокой пиковой мощности, чем те, которые получаются при обычной синхронизации мод. Эти два свойства находят применение в некоторых приложениях ультракоротких импульсов. Заметим, что если отражающая способность выходного устройства меньше 100 %, то оно должно включаться и выключаться таким образом, чтобы время включенного состояния было равно времени полного прохода резонатора.

Рис. 5.48. Типичная схема разгрузки резонатора в лазере с непрерывном (например, в или -лазере) накачкой. Зеркала обладают номинальным 100%-иым отражением на длине волны генерации. Штриховыми лиинямн показаны пучки, дифрагированные модулятором. Для разгрузки резонатора лазера, работающего в режиме синхронизации мод, на одном из концов резонатора (например, вблизи зеркала помещается устройство для синхронизации мод.

Однако в этом случае в резонаторе останется импульс более низкой интенсивности, и, поскольку синхронизация мод не должна теперь начинаться из шума, система будет работать более надежно. В таких системах для разгрузки резонатора часто используют акустооптическую ячейку благодаря более низким потерям, которые она вносит. Это устройство состоит из акустооптического модулятора, работающего в режиме Брэгга с бегущей волной, причем выходным является дифрагированный пучок. Конфигурация системы, показанная на рис. 5.48, отличается от конфигурации, приведенной на рис. 5.30, а, тремя главными особенностями. 1) ВЧ-генератор, который возбуждает пьезоэлектрический преобразователь, работает при значительно более высокой частоте (например, МГц), чем в случае модуляции добротности. Выход генератора стробируется таким образом, что ВЧ-огибающая представляет собой импульс, длительность которого равна времени полного прохода резонатора (например, ). При

этом разгрузка резонатора происходит тогда, когда результирующий звуковой импульс взаимодействует с пучком в резонаторе. Следовательно, этот импульс должен быть синхронизован с циркулирующим в режиме синхронизации мод импульсом таким образом, чтобы оба импульса встречались в модуляторе. Заметим, что высокая несущая частота служит двойной цели, а именно позволяет осуществить амплитудную модуляцию короткими не) импульсами и обеспечивает больший угол дифракции линейно увеличивается с ростом несущей частоты). 2) Пучок фокусируется в очень небольшое пятно в оптическом блоке модулятора. На самом деле продолжительность вывода излучения из резонатора определяется не только длительностью электрического импульса, но и временем прохождения звукового импульса через лазерный пучок. Выбрав, например, диаметр пятна мкм и скорость звука (скорость сдвиговых волн в кварце), получаем 3) Циркулирующий и дифрагированный импульсы заставляют взаимодействовать дважды со звуковым импульсом в модуляторе. Это обеспечивается зеркалом лазера, которое также фокусирует и рассеянный пучок обратно в модулятор. Такой способ позволяет достичь высокой эффективности дифракции