4.3. Экспериментальные установки и результаты

Блок-схема возможного варианта экспериментальной установки показана на рис. 4.4. Такая установка была, например, использована при синхронизации мод лазера на AHT:Nd. Ее

основными частями являются непрерывно накачиваемый лазерный стержень АИГ: Nd, модулятор, размещаемый внутри резонатора, и устройство для измерения спектра излучения и длительности импульсов.

Рис. 4.4. Экспериментальная установка для активной синхронизации мод лазера на АИГ : Nd. 1 — кварцевый блок; 2 — глухое зеркало; -пьезоэлектрический кристалл; 4 — ВЧ-генератор; 5 — — выходное зеркало.

Основным элементом для осуществления синхронизации мод служит модулятор.

4.3.1. Модуляторы

Амплитудная модуляция достигается обычно с помощью акустооптического модулятора. Такой модулятор состоит из оптически прозрачной среды, например кварца, в которой возбуждается ультразвуковая волна (рис. 4.5).

Рис. 4.5. Лазер на ионах благородного газа с активной синхронизацией мод. -призматический модулятор из кварцевого стекла с брюстеровскими поверхностями; 2 — пьезоэлектрический излучатель из — газоразрядная трубка; 4 — выходное зеркало; 5 — глухое зеркало; 6 — синтезатор частот; 7 — усилитель мощности.

Распространяющаяся в прозрачном материале волна, и в частности стоячая волна, создает в нем фазовую дифракционную решетку. Причиной образования решетки является фотоупругий эффект, в результате которого поле переменного напряжения ультразвуковой волны вызывает соответствующие изменения показателя преломления среды. При активной синхронизации мод применяются модуляторы со стоячей волной. В этом случае возникающая в среде решетка периодически меняется во времени. Пространственный

период решетки равен половине длины акустической волны, в то время как глубина модуляции пропорциональна интенсивности волны. Энергия падающей на такую решетку световой волны частично отводится в сторону. Эта часть энергии излучения может при соответственно подобранных параметрах лазера выводиться из резонатора, что и создает изменяющиеся периодически во времени потери энергии. Ультразвуковая волна вводится в прозрачную среду с помощью пьезоэлектрического преобразователя, преобразующего высокочастотный электрический сигнал в ультразвуковые механические колебания. (Более подробный анализ процесса акустической модуляции как в тонких, так и в толстых решетках можно найти, например, в [4, 4.3]).

Фазовая и амплитудная модуляция может осуществляться с помощью электрооптических модуляторов. Действие электрооптического модулятора основано на следующем принципе: некоторые кристаллы, а также жидкости вследствие электрооптического эффекта, в частности эффекта Керра, становятся во внешнем электрическом поле двулучепреломляющими. Это изменение преломляющих свойств под действием внешнего поля может быть использовано для изменения поляризации распространяющегося в среде света, что позволяет осуществить оптическую модуляцию.

Рассмотрим подробнее принцип действия электрооптического модулятора на примере кристалла ниобата лития Выберем систему координат так, чтобы свет распространялся вдоль оси а модулирующее поле было направлено вдоль оси совпадающей с оптической осью кристалла. Тогда показатель преломления становится зависимым от напряженности внешнего модулирующего поля. Изменение показателя преломления для света, поляризованного в направлении у или определяется следующими выражениями:

где являются соответственно показателями преломления для обыкновенного и необыкновенного лучей, а — электрооптическими коэффициентами Разность в показателях преломления вызывает по сравнению с вакуумом набег оптической разности фаз, равный на длине пути а Введем в это выражение вместо напряженности

поля электрическое напряжение Тогда разность фаз

здесь — длина кристалла в направлении Таким образом, временная модуляция внешнего поля с частотой вызывает соответствующую модуляцию фазы с той же частотой.

Если падающий свет поляризован в направлении у, то множитель в (4.27) следует заменить на Параметры для на длине волны 1,06 мкм имеют следующие значения: Максимальная разность фаз при напряжении , приложенном к кристаллу размерами мм, составляет соответственно