§ 7. СЕЛЕКЦИЯ И УСИЛЕНИЕ ПИКОСЕКУНДНЫХ СВЕТОВЫХ ИМПУЛЬСОВ

Для исследования многих кратковременных физических процессов необходимы одиночные и мощные световые импульсы пикосекундной длительности, а не цуг, который генерируется лазером в режиме синхрониз ации мод. Простой метод селекции и усиления

Рис. 27.18. Эволюция пикосекундного импульса в цуге в зависимости от времени, прошедшего с момента начала лазерного излучения [16]. Полная синхронизация мод в системе наступает лишь спустя проходов света через резонатор лазера.

одиночного пичка предложили Качен и др. [45], Басов с сотрудниками [46] и др. На рис. 27.19 приведены схемы систем Качена и др. и Басова и др. В системе Качена и др. не только осуществлена селекция и усиление одного импульса из цуга, но также впервые измерена длительность импульса с помощью ячейки ДФЛ. Ранее методом ДФЛ измеряли треки флюоресценции в месте совпадения импульсов для всего цуга.

Рассмотрим теперь, как действуют системы, изображенные на рис. 27.19. В первой из них резонатор лазера имеет длину 120 см и состоит из двух зеркал, одного с коэффициентом отражения другого — Активный элемент из неодимового стекла с окнами Брюстера содержит в стеклянной матрице. Изменение добротности резонатора и одновременная синхронизация мод осуществляется с помощью одной и той же ячейки с красителем № 9740 фирмы «Кодак». Единственным локальным элементом с плоскими поверхностями, перпендикулярными оси системы, являются стенки кюветы. Однако показатели преломления стекла и раствора красителя выбраны примерно равными, поэтому лазер не содержит локальных резонаторов. Выделение одного импульса происходит вне лазера с помощью системы, состоящей из призмы Глана, двух ячеек Поккельса, зеркала с коэффициентом отражения 95% и искрового разрядника.

Призма Глана пропускает пучок с горизонтальной поляризацией, но отражает под прямым углом вертикально поляризованный пучок. Роль двух ячеек Поккельса заключается в повороте на 90° плоскости поляризации пучка (в случае когда ячейки поляризованы с помощью высокого напряжения). Быстрая поляризация ячеек осуществляется с помощью искрового разрядника и соответствующим образом подобранной линии задержки. Между зеркалом и линзой помещена дополнительная ячейка с нелинейным поглотителем (краситель фирмы «Кодак»). Изменение концентрации красителя в растворе позволяет

(кликните для просмотра скана)

регулировать передачу света в направлении искрового разрядника. Пробой разрядника происходит за время порядка 3 не, время нарастания напряжения на электродах ячеек Поккельса — около 4 не. Это означает, что от момента, когда лазерный пучок вызывает пробой между электродами разрядника, до поляризации ячеек Поккельса проходит 5—6 нс. Линия задержки может увеличить это время до 10—20 нс. Зеркало слегка наклонено, что препятствует возникновению обратной связи. Лазерное излучение продолжается от 200 до 300 нс и состоит из пичков, появляющихся каждые 8 не. Самые мощные пички наблюдаются в середине цуга. Несмотря на то что пропускание зеркала составляет лишь 5%, мощность одного пичка достаточна для просветления красителя а после фокусировки — для инициирования пробоя между электродами искрового разрядника. Длина линии задержки выбирается такой, чтобы запускающий пичок успел вернуться к ячейкам Поккельса в тот момент, когда в них появится следующий пичок; в этот же момент начинается поляризация ячеек. Следующий пичок после отражения от зеркала застает ячейки поляризованными, поэтому он отражается призмой Глана под прямым углом. Все остальные пички испытывают поворот плоскости поляризации на 180° и поэтому не отражаются под прямым углом. Длительность одиночного пичка определялась методом ДФЛ, она составляла от 10 до Энергия в пичке была равна Дж. Двухкаскадный усилитель света увеличивал ее до 0,4 Дж. При этом мощность пичка возрастала примерно до 40 ГВт.

Рис. 27.20, Схема электрооптической системы для селекции одиночного импульса из цуга, генерируемого неодимовым лазером [47]. 1 — зарядная линия, 2 — от лазера, 3 — камера искрового разрядника, 4 — формирующая линия, б — ячейка Поккельса (KDP)

В системе, изображенной на рис. 27.19, б, запускающий пичок усиливается, а пробой осуществляется в искровой разрядной камере. В результате пробоя подается напряжение на ячейку Керра, расположенную между двумя поляризаторами. Меняя длину линии задержки, можно выделить любой пичок из цуга. Одиночный пичок затем усиливается пятью активными элементами из неодимового стекла (длина каждого элемента 60 см). Выходная энергия равна 20 Дж, длительность пичка — около

В заключение упомянем также очень простую электрооптическую систему селекции, предложенную Ванюковым и др. [47]. Ее схема изображена на рис. 27.20. Вначале происходит заряд ячейки Поккельса, что обеспечивает желаемый поворот плоскости поляризации света на 90°. Затем ячейка разряжается через формирующую линию, и разность потенциалов на ячейке обращается в нуль. Удачное применение линий задержки и искрового разрядника, заполненного азотом при высоком давлении, обеспечивает надежную селекцию одного пичка и полное гашение отраженных электрических сигналов, которые нарушали селекцию в системах, применявшихся ранее.