1.1. История развития лазеров уки. Четыре поколения лазеров уки.

I поколение лазеров УКИ появилось в 60-70е года. Они были твердотельными на рубине и стекле с неодимом. Отличались тем, что последовательная синхронизация мод осуществлялась за счёт активной синхронизации, и тем, что использовалась двойная модуляция добротности. Модуляция добротности использовалась, чтобы накопить энергию.

II поколение. В качестве активной среды – органические красители. Использовалась пассивная синхронизация мод. У этих лазеров широкая полоса лазерного излучения, что позволяло делать перестройку длины волны излучения в широком диапазоне. Чечение лазерного перехода и сечение поглощения большие, так что модулятор добротности не нужен. Сильный минус этих лазеров – жидкая активная среда, для которой нужен накачивающий насос. Из-за этого сильно усложняются конструкция лазера и его юстировка.

III поколение лазеров – твердотельные лазеры на вибронных кристаллах (например, сапфир). В них использовался новый способ синхронизации продольных мод и самофокусировка лазерного излучения на основе Керровской нелинейности. Их минусом является то, что им нужна очень ровная мощность накачки, т.е. нужен хороший лазер накачки.

IV поколение – волоконные лазеры. Хороши своей дешевизной, простотой. Используют полупроводниковые источники накачки.

1.2. Отличительные особенности лазеров уки.

Две основные особенности:

1) Длительность импульсов порядка фс, ширина излучения малая, дисперсия излучения

2) Гигантские значения интенсивности (порядка ТВт), из-за которых необходимо учитывать нелинейные эффекты.

1.6. Дисперсионное расплывание фм-лазерных импульсов.

Компрессия лазерного излучения – уменьшение длительности лазерных импульсов. Min длина лазерных импульсов достигается, если дисперсионная среда описывается уравнением второго порядка; на входе линейная частотная модуляция (квадратично-фазовая). Отклонение модуляции ухудшение компрессии дисперсионная среда описывается кубичной и более высокой степенью дисперсии.

1.9. Аналогия компрессии лазерных импульсов с фокусировкой излучения. Преобразование фм импульсов произвольной формы.

Про самофокусировку я ничего не буду говорить, а про компрессию скажу следующее. Сначала у нас есть лазерный импульс без фазовой модуляции. Потом он поступает на вход фазового модулятора, после которого он приобретает фазовую модуляцию. Далее, при распространении лазерного импульса с фазовой модуляцией в диспергирующей среде, каждая спектральная компонента лазерного импульса приобретает свой фазовый набег. В итоге получается, на расстоянии ??? лазерный импульс становится спектрально ограниченным, т.е. не фазово модулированным. Далее, после прохождения данной величины лазерный импульс опять приобретает фазовую модуляцию. При этом знак фазовой модуляции меняется. Т.е. если лазерный импульс обладал отрицательным ЧИРПом, то далее лазерный импульс обладает положительным ЧИРПом.

Далее мы рассмотрели преобразование ФМ импульсов произвольной формы. В данном случае используют следующий подход. Лазерный импульс произвольной формы представляют в виде Гауссовых гармоник, т.е. производят разложение по Гауссовому принципу. Для Гауссовских импульсов возможно получить аналитическое решение, то соответственно для каждой такой Гауссовской гармоники решаем уравнение, получаем аналитическое решение. А далее данное решение подставляем в ряд разложения исходного лазерного импульса по Гауссовским модам. В итоге, получаем конечное решение.

Более подробно. До этого момента мы полагали, что форма лазерного импульса на входе диспергирующей среды описывается функцией Гаусса. Это вызвано тем, что только для функции Гаусса можно было получить аналитическое решение для параболического уравнения, которое описывает распространение лазерного импульса в среде. На практике форма лазерного импульса отличается от идеальной Гауссовской формы. На практике она близка к Гауссовской форме, т.е. если представлять форму реального лазерного импульса в виде суперпозиции Гауссовских гармоник, то получается, что в таком разложении будет использоваться небольшое количество слагаемых, т.е. 20-30 слагаемых более, чем достаточно. Зачастую достаточно и всего нескольких. Поэтому такое разложение вполне оправдано. Соответственно, мы получили, что произвольная форма лазерного импульса представляется в форме суммы мод, каждая из которых описывается функцией Гаусса, и, соответственно, амплитуды данных мод будут различны. Далее, для каждой из таких мод ищут аналитическое решение. Т.к. моды являются функцией Гаусса, такое аналитическое решение существует. Поведение всех мод одинаково, т.е. описывается одинаковыми параметрами самой среды и лазерного импульса. В итоге, для каждой такой моды мы получили решение, которое описывает распространение такой моды в диспергирующей среде. Далее данное решение подставляем в ряд разложения исходного лазерного импульса по Гауссовским модам. В итоге, получаем конечное решение.