7.3.4. Экспериментальное исследование процесса формирования ультракоротких импульсов
Указания на то, что механизм селекции при формировании ультракоротких импульсов обусловлен действием нелинейного поглотителя, были экспериментально получены в работах [7.4, 7.31]. Прямое исследование процесса формирования ультракоротких импульсов и непосредственная проверка флуктуационного механизма образования импульсов были выполнены Крюковым и сотр. [7.30, 7.32]. В этом эксперименте при помощи электрооптического скоростного фоторегистратора в различные моменты процесса формирования снимался временной профиль импульса, генерируемого кольцевым лазером на стекле с неодимом. На рис. 7.8 представлена зарегистрированная
Рис. 7.8. а, б.
Рис. 7.8. Последовательное развитие ультракороткого импульса в лазере на стекле с неодимом. Излучение регистрировалось за 1200 нс (а), 900 нс (б), 600 нс (в), 300 нс (г) до максимума цуга импульсов. (По Захарову и др. [7.32].)
временная структура излучения в моменты времени, отстоящие от максимума цуга импульсов на 1200,900, 600 и 300 не. Рисунок ясно показывает процесс формирования периодически воспроизводящегося импульса из стохастических флуктуаций излучения. Следует подчеркнуть, что в этой работе было обнаружено существование в твердотельных лазерах с пассивной синхронизацией мод двух различающихся порогов. При превышении первого порога (порога генерации лазера) начинается процесс генерации в форме стохастических флуктуаций свободных колебаний поля. 
коротких импульсов образуется лишь при превышении интенсивностью накачки второго порога (порога синхронизации мод). Для более детального исследования процесса генерации была измерена временная зависимость пиковой интенсивности различных флуктуационных выбросов (рис. 7.9). Заштрихованные области (1—4) на рис. 7.9 соответствуют стадиям а-г процесса формирования, представленным на рис. 7.8. На рис. 7.9
показано также формирование импульсов меньшей интенсивности. Эти импульсы достигают максимума раньше, чем наиболее интенсивные импульсы, а затем подавляются. Еще более слабые импульсы подавляются еще раньше. Это приводит к тому, что на последней стадии развития импульса (где интенсивность главного импульса максимальная) интенсивность остальных импульсов по крайней мере в 50 раз слабее их максимальной интенсивности.
Рис. 7.9. Временные зависимости интенсивностей наиболее интенсивного импульса и двух следующих за ним по интенсивности импульсов. (По [7.32].)
Это значит, что побочные импульсы вновь поглощаются. Такое поведение импульсов может объясняться тем, что между стадиями а и б на рис. 7.8 начинает играть роль уменьшение инверсии населенностей, вызванное самим лазерным излучением, что было обстоятельно описано в п. 7.3.2.3. Несмотря на то что эффективное сечение усилителя на четыре порядка меньше сечения поглотителя, снятие усиления начинает играть роль раньше, чем насыщение поглотителя, по двум причинам. Во-первых, поглотитель насыщается интенсивностью одного отдельного импульса, в то время как усилитель насыщается полной энергией с начала процесса генерации лазера. Во-вторых, лазер работает лишь при слабом превышении порога генерации, так что режим уже при малом изменении усиления оказывается ниже порога. По этим причинам существенно улучшается селекция наиболее интенсивного импульса. Так как этот импульс испытывает в поглотителе меньшее поглощение, он продолжает усиливаться, несмотря на уменьшение усиления, в то время как для остальных импульсов результирующее усиление не только снижается, но вследствие уменьшения инверсии
населенностей в активной среде заменяется результирующим поглощением.
