7.3.2. Свойства пикосекундных импульсов, генерируемых твердотельными лазерами с пассивной синхронизацией мод

Существенное преимущество твердотельных лазеров с синхронизацией мод состоит в относительно больших значениях максимальной интенсивности и энергии генерируемых ими импульсов. Так, например, энергия импульсов твердотельных лазеров лежит в диапазоне миллиджоулей, в то время как в

лазерах на красителях она равна лишь нескольким наноджоулям. Это связано с тем, что эффективное сечение используемых твердотельных материалов существенно меньше а соответственно интенсивность насыщения существенно больше, чем у красителей. Преимуществам твердотельных лазеров противостоят ряд их недостатков, сказывающихся главным образом при применении их в скоростной спектроскопии.

Рис. импульсов, излучаемых рубиновым лазером с пассивной синхронизацией мод (по [7.61]). Насыщающийся поглотитель: в метаноле не, Регистрация цуга осуществлялась планарным вакуумным-фотодиодом (время нарастания и гигагерцевым осциллографом. Длительность импульсов измерялась методом двухфотонной люминесценции.

К этим недостаткам относятся большая длительность импульсов, малая их воспроизводимость и невозможность непосредственной перестройки частоты. Существенным отличием от лазеров на красителях является и то, что накачиваемые импульсными лампами твердотельные лазеры работают в нестационарном импульсном режиме. Поэтому излучение твердотельных лазеров с синхронизацией мод представляет собой цуг ультракоротких импульсов длительностью от 50 до 200 не (рис. 7.6). Длительность импульсов, генерируемых лазером на равна в то время как полная энергия цуга импульсов составляет от 1 до а энергия отдельного импульса лежит в пределах от 0,1 до Лазеры на позволяют обычно работать с частотами повторения цугов импульсов, равными нескольким герцам, в экстремальных случаях до 100 Гц. Предельно короткие импульсы длительностью были получены в [7.62]. В этой работе применялся кольцевой резонатор, в котором аналогично уже описанным кольцевым лазерам на красителях сталкивающиеся импульсы перекрывались в поглотителе. Рубиновые лазеры с синхронизацией мод обычно позволяют получить импульсы длительностью от 15 до Энергия, приходящаяся на один импульс в середине цуга, имеет порядок от 0,1 до

Разработка и экспериментальное исследование лазеров на стекле с неодимом с синхронизацией мод приобрели особый интерес в связи с тем, что этот лазерный материал обладает существенно большей шириной линии, чем два других лазерных материала. Обратная ширина этой линии составляет примерна

Типовые лазеры на стекле с неодимом излучают импульсы длительностью от 2 до при энергии максимального импульса от 1 до и полуширине цуга импульсов от 50 до 200 не. Сравнение экспериментальных результатов для лазеров на стекле с неодимом с теоретическими результатами расчета длительности импульса, полученными в разд. 7.2, показывает хорошее совпадение лишь в начале цуга импульсов. Длительность импульсов в максимуме цуга существенно превосходит рассчитанную теоретически, а форма импульсов сложна. Интенсивные исследования временной и спектральной структур выходного излучения лазера на стекле с неодимом с синхронизацией мод позволили по существу дать следующее объяснение сложности этой структуры. В начале цуга длительность импульсов составляет от 2 до а полуширина их спектра соответствует обратной величине длительности Измерения методом двухфотонной люминесценции показывают, что отношение пьедестала к пику составляет что соответствует случаю хорошей синхронизации мод (см. гл. 3). По этой причине селекция импульсов осуществляется таким образом, чтобы для дальнейшего усиления и применения в последующем эксперименте выбирался импульс из передней части цуга. Спектральная ширина импульсов, соответствующих дальнейшему развитию цуга, сильно нарастает, и четко обнаруживается образование подструктур как в спектре импульсов, так и во временной зависимости интенсивности. Причиной расширения спектра является неоднородное по спектру снятие усиления и автомодуляция фазы излучения, возникающая в результате нелинейного взаимодействия интенсивного излучения со стеклянной матрицей При относительно высоких интенсивностях излучения лазера проявляется изменение показателя преломления стеклянного стержня, зависящее от интенсивности

II импульса:

В результате этого возникают нелинейные эффекты, которые, с одной стороны, ведут к автомодуляции фазы, а с другой — к самофокусировке излучения. Автомодуляция фазы является причиной положительного временного сдвига частоты, а также расширения спектра и при определенных условиях может привести к расщеплению импульса на большое число компонентов [7,27]. Самофокусировка частично выводит излучение из резонатора, что также ведет к расщеплению и образованию сложной временной и пространственной структуры импульса [7.29, 7.30].

В рубиновых лазерах и лазерах на эффекты, связанные с автомодуляцией фазы и самофокусировкой, существенны

лишь при интенсивностях излучения, на порядок превосходящих обычно достигаемые при практическом применении лазеров. Поэтому их влияние на структуру импульсов незначительно.