5.2.3. Формирование ультракоротких импульсов из шума и образование импульсов-сателлитов

Рассмотрим теперь кратко процесс формирования импульсов из шума и свойства излучения лазера вне области синхронизации, где устанавливаются многоимпульсные режимы или могут существовать нестационарные режимы. Согласно равенству (5.16), форма импульса при проходе определяется следующим рекуррентным уравнением:

где задается равенством (5.12). В [5.12] это уравнение решалось непосредственно на ЭВМ, причем за исходный сигнал принимался шум. Оказалось, что результаты не зависят от способа задания шума либо в виде стохастического гауссова процесса, либо в виде белого шума. На рис. 5.5 представлено развитие импульсов для двух вариантов параметров резонатора. Стационарные режимы достигаются после примерно 200—300 проходов. Процесс формирования ускоряется с увеличением коэффициента отражения или энергии накачки. Сравнение результатов расчета в области стационарного режима с полученными по приближенной формуле (5.19) показывает их хорошее совпадение в диапазоне стабильной синхронизации мод. Во всех исследованных примерах различие составило примерно Оно, во всяком случае, менее

Особый интерес представляет анализ решения уравнения (5.24) для различных областей расстройки резонатора, так как в отличие от предыдущих двух разделов здесь возможно описание многоимпульсного режима и анализ поля излучения вне области синхронизации. На рис. 5.6 представлены результаты решения уравнения (5.24) при фиксированных параметрах лазера в зависимости от расстройки резонатора При выборе расстройки резонатора вблизи левой границы области синхронизации двухимпульсный стационарный режим имеет место еще в малом интервале области стабильного импульсного режима. На рис. 5.6 это видно на примерах кривых В и С. Для наглядности на рис. 5.7 еще раз показана область синхронизации, рассчитанная для выбранных параметров в Это позволяет определить, какой точке внутри области синхронизации соответствуют

(кликните для просмотра скана)

рассмотренные примеры. Область, в которой имеет место стационарный двухимпульсный режим, можно найти на рис. 5.7, используя условие 0, которое соответствует генерации импульса в лазере на красителе до прохода максимума импульса накачки. На основании рис. можно заключить, что такая область существует только при больших коэффициентах отражения и энергиях накачки. Для других параметров лазера, при которых внутри области синхронизации не существует участка например, кривые 5 и 6 на рис. 5.3, е), установления двухимпульсного режима ожидать не следует. Образование двухимпульсного режима может быть объяснено следующим образом: если импульс лазера на красителе генерируется до прохода максимума импульса накачки, то после генерации импульса усиление под действием не прошедшей еще части импульса накачки вновь нарастает выше порогового значения, в результате чего образуется второй, а возможно, и последующие импульсы. В согласии с этими выводами двухимпульсный режим наблюдался при укорочении резонатора лазера.

Согласно теории, изложенной в при выходе за границу области синхронизации, вызванном укорочением длины резонатора лазера на красителе, установления стационарного импульсного режима ожидать не следует. Решение на ЭВМ,

Рис. 5.6. Форма стационарных импульсов в зависимости от расстройки резонатора. Значения по оси ординат для кривой В должны быть удвоены. В качестве параметров были выбраны:

Рис. 5.7. Сдвиг между импульсом накачки и лазерным импульсом в зависимости от расстройки резонатора в стационарном импульсном режиме.

Точки А, В, С и соответствуют кривым на рис. 5.6, Е— рассмотренному примеру вне правой границы области синхронизации.

однако, показывает, что существует стационарный режим генерации длинных импульсов, при котором длительность импульсов лазера на красителе приблизительно равна длительности импульса накачки (пример А на рис. 5.6). Генерация длинных импульсов может объясняться тем, что вследствие ограниченной длины резонатора лазера усиливается и сильно растягивается лишь задний фронт лазерного импульса, который в этом случае не обрезается снижением усиления. При увеличении длины резонатора лазера на красителе за пределы правой границы области синхронизации (пример Е на рис. 5.7) стационарные режимы невозможны. Согласно результатам решения на ЭВМ, форма импульсов стабилизируется после 150 проходов, однако при этом от прохода к проходу нарастает сдвиг между импульсами накачки и лазерным. При расстройках резонатора, соответствующих уходу за правую границу области синхронизации, усиление настолько мало, что не может компенсировать запаздывание импульса лазера на красителе (вызванное большей длиной резонатора лазера). В результате импульсы непрерывно разбегаются. Вследствие возможности образования из шума новых импульсов вблизи исходного импульса и влияния релаксации форма импульса в процессе его развития не остается стабильной. Следовательно, в этой области расстроек резонатора генерация стационарных импульсов невозможна.