Синхронизация мод

Эксперименты на пикосекундной временной шкале и более короткой требуют других подходов. Световая вспышка, вызывающая возбуждение или фотолиз молекул исследуемого вещества, генерируется лазером с пассивной синхронизацией мод, оснащенным системой выделения одиночного импульса из цуга. Хотя пикосекундная импульсная спектроскопия опирается на методику двух вспышек — возбуждающей и зондирую -щей,— импульс зондирующего света обычно получается за счет преобразования части света возбуждающей вспышки, а необходимая короткая временная задержка легко достигается благодаря конечной скорости света. Зондирующий световой пучок направляется по варьируемому более длинному оптическому пути. Для абсорбционных экспериментов спектр этого излучения может быть уширен (например, ССЬ преобразует малую часть излучения лазера на неодимовом стекле с длиной волны 1060 нм в излучение в широком спектральном диапазоне). Для других диагностических методик, например КАСКР, это излучение может быть преобразовано в излучение другой частоты. Существует также ряд специализированных методик для изучения испускания света в пикосекундном диапазоне. Одна из них связана с электронным вариантом стрик-камеры. Для регистрации временной зависимости интенсивности сфокусированного пучка или светового пятна в механическом варианте стрик-камеры используется быстро движущаяся фотопленка. В электронном варианте изображение вначале попадает на фотокатод специального фотоумножителя типа передающей телевизионной трубки. Под действием линейно изменяющегося напряжения, прилагаемого к пластинам внутри трубки, образующиеся фотоэлектроны отклоняются тем сильнее, чем позже они вылетели из фотокатода. Для регистрации мест попадания отклоненных электронов может использоваться фосфоресцирующий экран с относительно длинным послесвечением, изображение на котором фотографируется или преобразуется с помощью электроники для последующего анализа. Этот метод носит название электронно-оптической хроноскопии. В альтернативном методе для изучения флуоресценции с пикосекундным временным разрешением Используется затвор, основанный на эффекте Керра (вращение плоскости поляризации света в электрическом поле), индуцируемом открывающим лазерным импульсом. В еще одном методе (флуоресцентная корреляционная спектроскопия) часть света возбуждающего импульса проходит через оптическую линию задержки и смешивается с испускаемой флуоресценцией в нелинейном кристалле (см. конец разд. 7.2.3), давая на выходе [c.203]

Наибольшую мощность излучения имеют твердотельные лазеры, работающие в режиме генерации с модулированной добротностью и, в особенности, в режиме синхронизации мод. В непрерывном режиме генерации максимальная мощность излучения получена у газовых лазеров на окиси углерода, которая составляет примерно 50 Вт на каждый метр активного вещества. При работе на других газовых смесях мощность непрерывного излучения достигает единиц ватта, а в импульсном режиме генерации может составить несколько сотен ватт. [c.42]

Луч может быть круглым или прямоугольным. Важным параметром является распределение энергии по профилю луча. Например, энергия может проявлять гауссов профиль. Режим работы лазера может быть непрерывным (непр.) или импульсным (имп.). В настоящее время используют два импульсных режима режим модуляции добротности и синхронизации мод. Для описания импульсных лазеров используют длительность импульса и частоту повторения. Для вьфажения числа фотонов в случае непрерывных лазеров обычно используют мощность (Вт или мВт), тогда как для импульсных лазеров обычно используют энергию импульса (Дж, мДж или мкДж). [c.688]

Важным свойством лазерного излучения является высокая монохроматичность, получающаяся вследствие многократного прохождения пучка света через резонатор лазера. В случае лазера с синхронизацией мод спектральная ширина может стремиться к предельному значению ширины, определяемому соотношением неопределенности (ср. со с. 51), вследствие конечной длительности импульса. Наибольшая монохроматичность излучения (порядка 1 к 10 ) обычно достигается у непрерывных лазеров. В некоторых лазерных средах может быть несколько переходов, как, например, в аргоновом ионном лазере, или действующий переход может давать широкую полосу флуоресценции, как в лазере на красителях. В этих случаях можно добиться селекции по длинам волн, заменяя пол- [c.183]

Наилучшими источниками коротких мощных импульсов света являются лазеры. В настоящее время разработано и выпускается промышленностью большое количество импульсных лазеров различных типов. Лазеры, работающие в режиме модулированной добротности, дают импульсы длительностью 10 —10 с, а ]В режиме синхронизации мод — до 10 2 с (см. таблицу). Возможность использования умножения частот ((при прохождении лазерного импульса через некоторые сильно поляризующиеся кристаллы возникает излучение с частотой 2v, Зv или 4v) и лазеров на красителях позволяет получать лазерные импульсы любой необходимой длины волны в диапазоне 250—1300 нм. К недостаткам лазеров следует отнести то, что в результате большой мощности импульсов в образцах могут возникать специфические лазерные эффекты (эффекты, связанные с большой локальной концентрацией возбужденных молекул и их взаимодействием между собой и нелинейные эффекты), и кроме того, в фотохимически активных системах происходит быстрый фотолиз вещества. Характеристики некоторых импульсных лазеров приведены в таблице на с. 209. [c.210]

Очень большой интерес представляют ЛОС с синхронизацией мод, работающие в непрерывном режиме. Такие ЛОС испускают непрерывный цуг ультракоротких импульсов, частота следования которых задается оптической длиной резонатора, причем длина волны излучения может перестраиваться в широком диапазоне спектра без срыва синхронизации мод [137]. [c.194]

Р6Ж в ЭГ, непр. режим генерации с синхронизацией мод [c.197]

I — лазер с синхронизацией мод. излучающий цуг пнкосекундных импульсов РС —ячейка Поккельса, выделяющая пикосекундный импульс КОР — кристалл, генерирующий вторую гармонику 5 — разделительная пластинка Р — подвижная шкала, создающая переменную линию задержки М — зеркало С — кювета В — диффузор —. эшелон, выполняющий роль ступенчатой линии задержки Р и Р2 скрещенные поляризаторы Л — ячейка сверхскоростного затвора, как правило. иаполие[итая сероуглеродом Я — приемник излучения, иногда соединсиный со спектральным прибором [60] [c.88]

Обычно излучение всех лазеров на красителях характеризуется большой шириной полосы (Д>. 10 нм). По этой причине они являются наиболее подходящими для генерации ультракоротких импульсов при работе в режиме синхронизации мод. Так, даже в стационарном режиме генерации лазера на родамине 60 с непрерывной накачкой были получены импульсы излучения длительностью порядка 1 пс. Однако наиболее важное следствие большой ширины спектральной полосы испускания — это возможность перестройки длины волны излучения лазера с помощью схем, показанных иа рпс. 1.31, а и б. [c.52]

Наилучшая чувствительность аналитических измерений достигается при перекачивании значительной части полной насе-ленности в возбужденное состояние. Данное условие реализуется очень кратковременно после включения лазерного импульса на временной шкале этот промежуток очень мал по сравнению со средними временами между актами столкновений и спонтанного испускания, вызывающими частичную заселенность других энергетических уровней за счет первоначально накачанного уровня. Если лазерный импульс достаточно длинный, то все энергетические уровни в системе достигнут стационарного состояния, в котором значительная часть атомов может оказаться не на том энергетическом уровне, на который первоначально производилась накачка. Следовательно, для реализации аналитических преимуществ линий поглощения с селективно возбужденных энергетических уровней лучше всего использовать импульсные лазерные системы, включая непрерывные лазеры с синхронизацией мод, а не лазеры с перекрытыми модами. [c.183]

Метод импульсного возбуждения. Молекулы возбуждают коротким оптическим или электронным импульсом и наблюдают последующее затухание флуоресценции во времени. Преимуществом метода является то, что молекулы не возбуждаются во время намерения флуоресценции. Для данного метода идеально подходят импульсные лазеры или лазеры с синхронизацией мод [186]. Прн пспользовании импульсных лазеров большой мощности, имеющих обычно низкую частоту повторения, после каждого имиульса детектируется много фотонов флуоресценции. Затухание флуоресценции может непосредственно наблюдаться на экране осциллографа [187], запоминаться в переходном устройстве [188] или выводиться на дисплей с усреднением сигналов. [c.293]

Релаксационные процессы при высоких давлениях или в молекулярных жидкостях могут оказаться очень быстрыми, и для пх изучения необходимо работать в пикосекундных интервалах. Одиночные импульсы лазера с синхронизацией мод позволяют исследовать сверхбыструю колебательную релаксацию п перенос энергии в жидкостях [231], процессы электронного переноса [232] и время восстановления поглощения после насыщения молекулярных переходов в жидкостях [233]. [c.303]

Другой весьма интересный режим работы получил название синхронизации мод. В этом режиме можно генерировать световые импульсы очень большой мощности (более 100 МВт) и ультракороткой длительности (от 1 пс до 1 не). Для того чтобы дать простое объяснение режиму синхронизации мод, напомним, что частота мод резонатора с плоскими зеркалами и мод ТЕМоо резонатора со сферическими зеркалами отличается на величину Av = l2d [уравнения (53) и (58) ]. Поскольку обычно эта разность намного меньше ширины линии атомного перехода, лазерная генерация одновременно происходит на нескольких модах. Предположим теперь, что фазы этих мод связаны друг с другом условием синхронизации, например [c.38]

Для работающих в непрерывном режиме лазеров с синхронизацией мод, имеющих очень высокую частоту повторения со средней пиковой мощностью (несколько ватт), наиболее выгоден метод счета фотонов. В этом методе вероятность обнаружения фотона флуоресценции на один импульс возбуледения мала в сравнении с единицей. Распределение вероятности временной задержки между приходом фотона флуоресценции и импульсом возбуждения, усредненное по многим импульсам возбуждения, дает кривую затухания флуоресценции. Точность этого метода может быть лучше 1 % Для времени леизни нано-секундного диапазона [189]. [c.293]

Среди лазеров различных типов ЛОС с их широкими полосами генерации в многомодовом режиме особенно пригодны для получения ультракоротких световых импульсов при фазовой синхронизации мод, осуществляемой путем внесения в резонатор лазера потерь, промодулированных по амплитуде с периодом, равным времени одного полного циклического пробега излучения в резонаторе. Длительность формируемых импульсов связана с числом мод излучения с синхронизованными фазами. Например, если бы удалось синхронизировать фазы всех 10 продольных мод излучения ЛОС с резонатором длиной 40 см [формула (10)], укладывающихся в полосу генерации шириной 40 нм (Л гл л 4-10 Гц) вблизи 560 нм, то можно было бы получить импульсы с длительностью 1/Дуг==2,5-10 с. Однако все моды синхронизовать пе удается. Число синхронизованных мод определяется свойствами резонатора, модулятора потерь, активной среды и в лучших случаях составляет несколько тысяч. Наименьшая длительность световых импульсов составляет сейчас 2-10" с [134]. Ультракороткие импульсы в ЛОС получены методами активной или пассивной синхронизации мод. В последнем случае в качестве модулятора потерь в резонаторе лазера обычно применяются так называемые просветляющиеся растворы, т. е. растворы органических соединений, поглощение которыми генерируемого излучения падает с ростом его интенсивности. Процесс пассивной фазовой синхронизации мод можно существенно ускорить (а значит, и улучшить), в частности, в ЛОС с ламповой накачкой [135, 136], если в отличие от обычного метода использовать в качестве пассивного модулятора раствор органического соединения, в котором под действием лазерного излучения, моды которого синхронизуются, возбуждается собственная генерация. [c.194]

Рпс. 1.19. а — типичное изменение во времени интенсивности излучения лазера, работающего одновременно в режиме модуляции добротности и синхронизации мод б — пзме-нения во времени интенсивности отдельной генерируемой моды. [c.40]

Особенно короткие импульсы можно получить в режиме синхронизации мод. Установка напоминает работающую в режиме гигантского импульса. На рис. 6.2,6 представлена схема установки, описанной Шмидтом и Шефером. На одном конце лазерной кюветы с раствором родамина Ж помещают зеркало. Другой конец кюветы скошен, чтобы уменьшить отражение света кюветой на рабочее вещество. Второе зеркало резонатора находится на расстоянии й от лазерной кюветы в непосредственном контакте с тонкой кюветой, служащей оптическим затвором. В ней находится раствор красителя, например, 3,3 -диэтилоксадикарбоцианиниоди-да, который поглощает в области полосы флуоресценции родамина [c.133]

Рабочее вещество лазера волны излуче- ния, нм в квазн-стацио-нарном режиме в импульсном режиме в режиме гигантского импульса в режиме синхронизации мод [c.134]

Как и в случае рубинового лазера, активная среда лазера имеет форму цилиндрического стержня и возбуждается с помощью оптической накачки. Лазер на Nd YAG может работать как в импульсном режиме (источник возбуждения — ксе-ноновая импульсная лампа), так и в режиме непрерывной генерации (с криптоновыми или вольфрамовыми лампами накачки). Лазер на стекле, легированном неодимом, вследствие плохой теплопроводности стекла может работать только в импульсном режиме. Важным свойством этого лазера является очень большая ширина полосы лазерного перехода (30—40 нм), обусловленная неоднородностью кристаллического поля в стекле. Так как ширина полосы генерации может достигать 10 нм, в режиме синхронизации мод можно получать импульсы очень малой длительности. Конечно, если бы все моды в пределах полосы шириной 10 нм были бы синхронны по фазе, то можно было бы получить и.мнульсы длительностью 10 с. Однако на практике самые короткие импульсы имеют длительность 10 с. Благодаря относительно невысокой стоимости стеклянных стержней, легированных неодимом, лазер такого типа часто используется для получения мощных импульсов большой энергии. С помощью легированного неодимом лазерного генератора на стекле, работающего в режиме синхронизации мод и имеющего несколько каскадов усиления из такого же активного материала, были получены импульсы длительностью 10 с с пиковой мощностью одиночного импульса 10 Вт. [c.43]

Детальное описание методов получения режима синхронизации мод изложено в соответствующей литературе [6]. Мы лишь дадим качественное описание метода получения режима синхронизации мод с помощью насыщающегося поглотителя (пассивная синхронизация). Этот режим легко осуществить, установив внутри резонатора соответствующий поглотитель, обладающий двумя уровнями, резонансная частота которых совпадает с частотой лазерной генерации. Нз уравнения (45) легко получить, что при /<С/нас населенность верхнего уровня поглощающего вещества в первом приближении пропорциональна полной интенсивности I. Если генерируется несколько мод, то полная интенсивность н населенность верхнего уровня изменяются с изменением разностной частоты соседних мод Дсо. Внутрирезонаторные потери, обусловленные поглотителем, также изменяются с Дсо, что и приводит к с1Щхронизацип мод. [c.40]

Кроме лазеров на красителях с непрерывной генерацией разработаны импульсные лазеры, генерирующие импульсы длительностью примерно от 1 мкс, что характерно для лазеров на красителях с накачкой от импульсных ламп, до менее чем 1 ПС в случае лазеров с синхронизацией мод [1—5]. Хорошо сколлимированный (с малым углом расходимости) пучок излучения лазера на красителях можно сфокусировать на участке пространства менее милли.адетра, что позволяет использовать атомизаторы очень малого размера и получать очень высокие плотности падающего излучения для заселения выбранных возбужденных состояний. Диаметр фокального пятна (см) приблизительно равен произведению угла расходимости (рад) на фокусное расстояние линзы (см). Падающее излучение высокой плотности можно получить и с помощью несфокусированных пучков, если использовать лазеры с усилителями. [c.137]

Зовдирования красного крыла основного перехода в экспериментах по двойному резонансу не проводилось. Проведенные эксперименты по нелинейному поглощению групп импульсов в режиме неполной синхронизации мод позволили сделать вывод о скорости колебательно-колебательной релаксации в криорастворе. Действигель- [c.86]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология