Гиперссылка 2.4 Оптические затворы

Оптический затвор - устройство для управления световым потоком - временного перекрытия и последующего пропускания в течение определенного промежутка времени.

Существует несколько широко используемых типов оптических затворов: механические, электрооптические, магнитооптические, фототропные. Последние три наиболее часто применяются в лазерах.

Действие электрооптического затвора основано на использовании линейного (эффекта Поккельса) или квадратичного (эффекта Керра) электрооптического эффекта. Оба эти эффекта заключаются в зависимости двулучепреломления среды от напряжённости приложенного к ней электрического поля.

Такие оптические затворы состоят из электрооптической ячейки (ячейки Поккельса или ячейки Керра), помещенными между двумя параллельными (или скрещенными) поляризаторами. Управление затвором осуществляется обычно подачей на ячейку полуволнового напряжения. При нем возникающее в среде двойное лучепреломление приводит к сдвигу фаз между обыкновенной и необыкновенной волнами.

В технике измерений сверхкоротких лазерных импульсов для управления электрооптическим затвором вместо электрических импульсов используются мощные поляризованные световые импульсы (затвор Дюге и Хансена), которые, распространяясь в ячейке Керра, приводят вследствие нелинейности среды к возникновению оптически наведённого двулучепреломления. Скорость переключения таких оптических затворов очень высока (до 10^-13 с).

Действие магнитооптического затвора основано на линейном магнитооптическом эффекте (эффекте Фарадея) - зависимости угла поворота плоскости поляризации света, распространяющегося в среде, от напряжённости магнитного поля, приложенного к ней. Ячейка Фарадея (оптическая среда с большой постоянной Верде, находящаяся в магнитном поле соленоида) устанавливается между двумя скрещенными поляризаторами. Управление затвором осуществляется изменением тока соленоида. Важным свойством, отличающим магнитооптический затвор от других, является его невзаимность: будучи открытым для пучка излучения, проходящего затвор в прямом направлении, затвор закрыт для пучка, идущего в обратном направлении, что позволяет использовать его в качестве оптического изолятора.

Фототропный (пассивный) затвор применяется для модуляции добротности резонатора лазеров и для получения режима самосинхронизации мод в лазере. Действие его основано на явлении насыщения поглощения (просветлении) среды при воздействии на неё интенсивного оптического излучения. Быстродействие фототропных оптических затворов определяется свойствами используемой среды (стекла, красители и др.) и составляет 10^-10 - 10^-12 с.

 

Гиперссылка 2.5. Гигантские импульсы

В лазере на основе веществ, имеющих сравнительно большое время релаксации τ₁ возбуждённых частиц, можно осуществить генерацию короткого одиночного импульса достаточно большой энергии и большой мощности. Лазер в режиме стационарной генерации не может излучать мощность, превышающую мощность накачки. Но если выбрать вещество с достаточно большим временем релаксации τ₁ и выключить обратную связь, то, располагая источником накачки сравнительно небольшой мощности, можно на верхнем рабочем уровне накопить большое число N₂ возбуждённых частиц. Если после окончания процесса накопления быстро включить обратную связь, то за счёт большого числа возбуждённых частиц развивается мощный импульс лазерного излучения (рис. 1). При мгновенном включении обратной связи (t =0) имеется некоторое время разгорания импульса τ_з, за которым следует быстрое нарастание его за время τ_н, а затем более медленный спад (τ_сп).

Р

t

τсп

τз

τн

 

Рисунок 1. Генерация гигантских импульсов

 

Если накачку производить в течение времени Δτ ≈ τ₁, то выигрыш в средней за импульс мощности ~ τ₁/τ_р,, а на переднем фронте этот выигрыш ещё больше. Например, для лазера на основе стекла, активированного Nd, τ_н ~10^-9с, τ_р ~ 10^-8 с, τ₁ / τ_р ~ 10⁴. Т. о., при мощности накачки в десятки кВт импульсная мощность генерируемого излучения может достигать сотен МВт (гигантские импульсы).

Для быстрого включения обратной связи используются оптические затворы, которые помещаются между активной средой и зеркалом резонатора и в закрытом состоянии не пропускают излучение к зеркалу.