Лазеры на вибронных кристаллах

Лазеры на вибронных кристаллах

1) Для лазеров 3го поколения стала классической схема «z» -образного резонатора, при этом ПСМ достигается за счет самофокусировки. Изготавливают лазеры с АС: Ti³⁺: сапфир; Cr^3+:: форстерит и другими [В]К.

Данная схема отображена на рисунке:

Рис. 70

Для получения высокой плотности мощности, необходимой для создания инверсной населенности в малом объеме излучения накачки фокусируется в АС с помощью линзы f1 и через дихромное зеркало 32 вводится в АС. Дихромное зеркало 32 пропускает излучение накачки и отражает сгенерированное излучение, т.к. для [В]К λ_н и λ_г значительно различны, то изготовить такое зеркало не является проблематичным.

Для уменьшения потерь в резонаторе торцы АЭ располагаются под углом Брюстера, что приводит к астигматизму резонатора, который компенсируется наклоном зеркал 32 и 34. Сферические зеркала фокусируют излучение в АС. Малый диаметр пучка в АС нужен для достижения высокой интенсивности, необходимой для самофокусировки.

Внутри резонатора располагается призменный двухпроходной компрессор (П1, П2, 34).

Под дисперсией групповой скорости (ДГС) понимают изменение групповой скорости U от частоты (аналогично дисперсии показателя преломления) ДГС характеризуется коэффициентом К₂ в свою очередь

ДГС:

См. формулу (6)

ФСМ и дисперсия излучения в АС ведут к появлению частотной модуляции, т.е. изменению частоты излучения, соответственно изменяется .

В итоге, появление частотной модуляции за счет ФСМ и дисперсии ведет к увеличению ДГС.

Призменный компрессор эквивалентен среде с аномальной дисперсией длиной L_k – длиной при которой τ_имп минимальна. Как говорилось ранее, при длине L_k ФМ импульса отсутствует, т.е. призменный компрессор устраняет ФМ импульса, а т.к. ФМ однозначно связана с ДГС то компрессор уменьшает ДГС. Поэтому компрессор часто называют компенсатором ДГС.
Диафрагма Д используется как «жесткая» диафрагма. ПСМ за счет керровской нелинейности, а также с помощью перемещения диафрагмы. Можно осуществлять перестройку длины волны генерации, т.к. в плоскости зеркала есть смещение излучения в зависимости от λ (см. призменный компрессор).

Для включения механизма ПСМ на основе керровской линзы требуется в резонаторе затравочного импульса определенной мощности. Его появления можно добиться, например, при резком перемещении П2 вдоль ее оси.

2) При генерации предельно коротких лазерных импульсов ≤10 фс существенными являются явления, связанные с дисперсией третьего порядка (зависимости ДГС от ω). Для компенсации этих нежелательных явлений лучше подходят чирпированные зеркала или призменные компрессоры, т.к.подбором соответствующего материала и толщины слоев можно добиться нужной зависимости ДГС от частоты. Очевидно, чирпированные зеркала сложно изготавливать, чем призменные компрессоры. Для каждого лазера свои чирпированные зеркала.

На следующем рисунке отображена схема лазера УКИ на Ti: сапфире с использованием чирпированных зеркал:

Рис. 71

Данная схема подобна выше рассмотренной, за исключением того, что в ней вместо призменного компрессора используются чирпированные зеркала.

Необходимо отметить, что уменьшение длины АС ведет к сокращению длительности УКИ (т.к. меньше проявляются явления ФСМ и дисперсии, которые пропорциональны относит пройденному расстоянию), поэтому длина АС может достигать 2..3 мм. Однако при уменьшении АС уменьшается и E_имп, поэтому на практике длину АС делают порядка см, что на порядкок..на два меньше, чем для лазера с модуляцией добротности (выполнить ДЗ).

Твердотельный лазер на ионах Yb³⁺.

В основу данного лазера положен метод ПСМ с использованием зеркала, который является полупроводниковым насыщающимся поглотителем (SESAM – semiconductor saturable absorber mirror).

Структура SESAM отображена на следующем рисунке

Рис. 72

По сути своей SESAM является тонким насыщающимся поглотителем.

На следующем рисунке представлена схема ФС-лазера на кристалле Yb: KYW с использованием SESAM

Рис. 73

Для уменьшения размеров резонатора его схема сложена в пространстве с использованием плоских зеркал 31, 32. Для получения высокой плотности мощности, необходимой для создания инверсной населенности в малом объеме, излучение накачки с выхода волокна светодиода фокусировалось в объем АС с помощью линзы f1. “λ/2” (полуволновая пластинка) использовалась для согласования поляризации падающего излучения накачки с осью максимального поглощения кристалла.

Для компенсации ДГС использовались чирпированные зеркала Ч33 и Ч34. Для фокусировки излучения в SESAM использовалось сферическое зеркало С33. Радиус кривизны зеркала подбирался таким образом, чтобы обеспечить на SESAM интенсивность излучения, превышающую интенсивность насыщения поглотителя.

τ_имп=71 фс

Дата добавления: 2015-09-30