Значение мощности некоторых импульсных лазеров лежит лежит в мегаваттном или даже петаваттном диапазоне. В то же время мощность непрерывных лазеров обычно достигает нескольких ватт. В данной статье мы поможем разобраться, почему мощность различных типов лазеров так сильно различается и какое измерительное оборудование подобрать под каждый источник излучения.
Как следует из названия, импульсный лазер излучает импульсы лазерного излучения. Этот процесс цикличен: лазер испускает короткую вспышку света, а затем некоторое время перезаряжается. Такой параметр источников лазерного излучения как средняя мощность является средней выходной мощностью для лазеров (как для непрерывных, так и импульсных). Однако, если в спецификациях мощность лазера достигает петаватт, значит производитель указал пиковую мощность (другими словами, мощность во время импульса). Очевидно, что подобная спецификация имеет смысл исключительно для импульсных лазеров.
КАК РАБОТАЮТ НЕПРЕРЫВНЫЕ ЛАЗЕРЫ
Известно, что фотоны могут испускаться и поглощаться тремя способами:
- Поглощение: атом находится в основном состоянии и возбуждается вследствие поглощения фотона.
- Спонтанное излучение: атом находится в возбужденном состоянии и переходит в основное состояние посредством испускания фотона.
- Вынужденное излучение: атом находится в возбужденном состоянии и поглощает фотон. После этого атом возвращается в основное состояние и испускает два идентичных по параметрам фотона.
Чтобы заставить лазер работать, необходимо перевести по крайней мере половину атомов активной среды в возбужденное состояние, создав так называемую инверсию населенностей. Чем больше возбужденных атомов, тем выше шансы, что фотон встретится с уже возбужденной частицей. В результате такого столкновения атом генерирует еще один фотон, который сам по себе может вызвать другое стимулированное излучения, запуская цепную реакция, также известную как LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation). В процессе вынужденного излучения цепные реакции истощат популяцию возбужденных атомов, но пока вы продолжаете накачку, лазер будет продолжать работать.
ИМПУЛЬСНЫЕ ЛАЗЕРЫ С МОДУЛЯТОРОМ ДОБРОТНОСТИ
Большее количество возбужденных атомов в активной среде означает большее количество цепных реакций, которые в свое время уменьшают количество доступных возбужденных атомов. По этой причине никакая накачка не позволит перевести абсолютно все атомы в возбужденное состояние. Но существует способ временно остановить фотоны от создания цепных реакций во время накачки – модуляция добротности.
Путем изменения добротности резонатора лазера становятся доступны 2 различных режима работы. «Режим накачки», при котором цепные реакции подавляются, и «режим генерации», который позволяет им происходить. «Режим накачки» позволяет возбудить практически каждый атом в активной среде, что способствует накоплению огромного количества энергии, после чего лазер переключается в «режим генерации».
ЛАЗЕРЫ СВЕРХКОРОТКИХ ИМПУЛЬСОВ С СИНХРОНИЗАЦИЕЙ МОД
Из школьного курса физики известно, что фотоны обладают корпускулярно-волновым дуализмом, что в свою очередь значит, что мы можем не только рассматривать их как частицы, но и использовать их волновые свойства. А именно, конструктивную интерференцию.
Говоря об активной среде, обычно исходят из предположения, что внутри нее все совершенно однородно. Однако, в полости резонатора может быть более одной моды. Различные моды могут быть синхронизированы по фазе на выходной апертуре лазера в течение короткого времени. Это и приводит к чрезвычайно коротким и мощным импульсам.
