«РАСТЯГИВАНИЕ» ЛАЗЕРНОГО ИМПУЛЬСА

Свободно генерирующие лазеры с импульсной накачкой дают световые импульсы длительностью 10-4-10_3 с; при управлении потерями в резонаторе удается получать импульсы длительностью 10“8 с (гигантские импульсы).

А как быть, если нужны импульсы длительностью, скажем, 10“6 с? В этом случае можно поступить так: вме
шаться в процесс генерации гигантского импульса, замедлить его развитие и тем самым как бы «растянуть» импульс во времени. Разумеется, с соответствующим уменьшением мощности импульса.
Для этого надо особым образом управлять потерями в резонаторе лазера: когда в процессе развития генерируемого лазерного импульса его мощность нарастает, потери должны постепенно увеличиваться, а когда мощность импульса начинает спадать, потери должны уменьшаться. В данном случае говорят об использовании отрицательной обратной связи. Она замедляет как нарастание мощности лазерного импульса на его начальном этапе развития, так и спадание мощности импульса на конечном этапе. В результате импульс удлиняется во времени.
Устроить отрицательную обратную связь совсем нетрудно. Достаточно поместить внутрь лазерного резонатора пластинку, обладающую следующим свойством. Когда на нее падает лазерное излучение относительно малой мощности, она практически прозрачна, так что излучение свободно проходит сквозь нее. Если же мощность падающего излучения начинает расти, степень прозрачности пластинки постепенно уменьшается; для достаточно мощного излучения она может стать вообще непрозрачной. Этот интересный физический эффект называют эффектом затемнения среды; другое его название - эффект двухфотонного поглощения. Поясним его на следующей упрощенной физической модели. Пусть атомы пластинки имеют всего два уровня и пусть на нее падает поток фотонов, энергия которых ровно вдвое меньше разности энергий уровней.

Ясно, что пластинка не сможет поглощать такие фотоны: энергии фотона недостаточно для перебрасывания атома с нижнего уровня на верхний. Чтобы этот переход состоялся, атом должен поглотить не один, а сразу два фотона. Процесс двухфотонного поглощения маловероятен; однако его вероятность растет по мере увеличения плотности фотонов в световом пучке, т. е. по мере увеличения мощности излучения. Отсюда ясно, почему пластинка, прозрачная для маломощного излучения (когда двухфотонное поглощение практически отсутствует), перестает быть прозрачной для излучения большой мощности (когда двухфотонное поглощение начинает играть заметную роль).
148

После сделанных замечаний вернемся к нашей задаче. Вместе с электро- или акустооптическим затвором поместим внутрь резонатора полупроводниковую пластинку, в которой наблюдается эффект затемнения для излучения данного лазера. Например, в лазере на гранате с неодимом можно использовать пластинку из арсенида галлия. В этом случае, чтобы перескочить из валентной зоны в зону проводимости, электрон должен поглотить не один, а два фотона, рождающихся на рабочем переходе в ионах неодима. Вначале пластинка арсенида галлия прозрачна, поэтому процесс генерации гигантского импульса начинает развиваться, как если бы ее не было. Однако по мере увеличения мощности импульса пластинка начинает затемняться, потери возрастают. Вследствие возрастания потерь дальнейшее развитие импульса постепенно затормаживается; в результате импульс растягивается во времени и оказывается не столь мощным. Применяя данный метод, получают лазерные импульсы длительностью 10“7—10“6 с; максимальная мощность таких импульсов оказывается порядка 106 Вт.

<< | >>

↑

Источник: Тарасов Л.В.. Знакомьтесь - лазеры. 1988

Еще по теме «РАСТЯГИВАНИЕ» ЛАЗЕРНОГО ИМПУЛЬСА:

- Популярная физика -