7.3.3. Выделение одиночных импульсов и последующее усиление

В большей части экспериментальных применений вместо цуга импульсов различной интенсивности и длительности используется один импульс с подходящими параметрами.

Рис. 7.7. Схема устройства для выделения и последующего усиления отдельного импульса. 1 — лазер; 2 — цуг пикосекундных импульсов; 3 — разрядный кабель; 4 — высоковольтный импульс; 5 — ячейка Поккельса; 6 — искровой промежуток; 7 — зарядный кабель; 8 - насыщающийся поглотитель; 9 — первый усилитель; 10 — телескоп; 11 — второй усилитель; 12 — направления поляризации; 13 — усиленный моноимпульс.

С этой целью из цуга выделяется и затем усиливается один импульс с возможно лучшими параметрами. Схема одной из установок для выделения и дальнейшего усиления одиночного импульса показана на рис. 7.7 (см., например, [7.16, 7.23, 7.36]). Лазер должен излучать цуг импульсов, свет которых линейно поляризован. Этот цуг проходит через ячейку Поккельса, а затем через поляризационное отклоняющее устройство. При отсутствии напряжения на ячейке Поккельса весь цуг должен был бы отклоняться в направлении, определяемом поляризацией излучения лазера. При включении высокого напряжения зарядный кабель заряжается и напряжение оказывается приложенным к искровому промежутку. При соответствующем выборе порога срабатывания импульс, обозначенный на рис. 7.7 цифрой 1, являющийся в цуге первым, зажигает в разрядном промежутке искру. В результате этого высоковольтный кабель за короткий промежуток времени разряжается. В течение этого промежутка, составляющего несколько наносекунд, к ячейке Поккельса

оказывается приложенным импульс напряжения. Этот импульс при правильной установке времени пробега оказывает влияние на поляризацию второго импульса цуга. При этом импульс напряжения выбран такой величины, что направление поляризации второго импульса меняется на 90°. Для исключения отражения от конца кабеля нагрузочное сопротивление должно равняться по величине волновым сопротивлениям зарядного и разрядного кабелей. Выбор достаточно большого зарядного сопротивления препятствует быстрому заряду кабеля, что предотвращает образование импульсов напряжения последующими световыми импульсами цуга. Вместо описанного разрядного устройства для управления ячейкой Поккельса может быть также использован быстродействующий фотодетектор, управляющий высоковольтным импульсным электронным устройством, включающим ячейку Поккельса. Поворот направления поляризации второго импульса позволяет в отклоняющем поляризационном устройстве отделить его в пространстве от остальных импульсов. Неполностью отселектированные импульсы, особенно принадлежащие к максимуму цуга, подавляются в насыщающемся поглотителе с малым временем релаксации и очень низким коэффициентом передачи для слабого сигнала до достижения выделенным моноимпульсом усилителя. Этим улучшается в целом контраст импульса, т. е. соотношение между пиком импульса и его пьедесталом. В усилителе обычно используется то же активное вещество, что и в генераторе. Обратные связи исключаются подбором углов наклона усилительных стержней к лучу или просветлением их граней. Насыщающиеся поглотители, располагаемые между отдельными каскадами усиления, также служат для повышения контраста импульса, подавления появляющихся за счет отражения слабых импульсов и укорочения импульсов. Световой пучок перед каскадами усиления (на рисунке перед вторым каскадом) должен быть соответствующим образом расширен, так чтобы исключить нежелательные нелинейные эффекты, такие, как уже упомянутые автомодуляция фазы и самофокусировка.

Для получения высококачественного импульса в целом целесообразно выбрать в качестве исходного генерируемый маломощный импульс и усилить его несколькими каскадами усиления, разделенными насыщающимися поглотителями (см., например, [7.37]). Применение двух каскадов усиления позволяет таким путем получить импульсы с энергией около которые при длительности обладают пиковой мощностью в 5 ГВт. Дальнейшего укорочения проходящих импульсов можно достичь путем правильного выбора параметров каскадов усиления и помещенных между ними насыщающихся поглотителей, время релаксации которых в этом случае должно быть больше Этот эффект аналогичен формированию

ультракоротких импульсов в лазерах на красителях: вследствие снятия усиления при прохождении импульса подавляется его задний фронт, в то время как в медленно релаксирующем насыщающемся поглотителе преимущественно подавляется передний фронт импульса. Установка для укорочения мощных импульсов, использующая действие многофотонного поглотителя, была описана в [7.39] (см. разд. 8.3).