ПСМ за счет керровской нелинейности с использованием “мягкой” диафрагмы.

Данный метод ПСМ используется в лазерах УКИ 3го поколения. За счет самофокусировки активная среда, обладающая нелинейной добавкой к показателю преломления , действует как линза (такую линзу называют керровской, т . к. ее действие основано на керровской нелинейности показателя преломления n= I).

       Сочетание керровской линзы с диафрагмой позволяет осуществить дискриминацию по интенсивности флуктуационных импульсов подобно просветляющему поглотителю. Действие такого искусственного нелинейного поглотителя довольно слабо, поэтому для максимальной дискриминации и устойчивого режима ПСМ требуется резонатор особой конфигурации:

Линзы f1 и f2 необходимы для фокусирования излучения в активной среде. Малый диаметр пучка нужен для достижения малой интенсивности и функционирования керровской линзы. Чтобы в таком резонаторе с f2=f1 поддерживалась стабильная ТЕМ₀₀ мода, оптическое расстояние должно несколько превышать 2f, т. е. составялть 2f+Δ.

0<Δ<Δ₁; Δ₂<Δ<Δ_max

Δ_{1= ;} Δ_{2= ;} Δ_max= Δ₁₊ Δ₂

Конфигурация резонатора выбирается таким образом, чтобы излучение не поглощалось резонатором. Если интенсивность не будет достаточно сильной, то керровская линза будет отсутствовать и излучение частично поглотится диафрагмой, т. е. возрастут потери в резонаторе. Таким образом, при малых значения интенсивности потери в резонаторе больше, чем при больших, т. е. осуществляется дискриминация по интенсивности, аналогично просветляющему поглотителю.

Механизм формирования керровской нелинейности в твердотельной активной среде носит практически безынерциональный характер, следовательно процесс самофокусировки является квазистационарным.

Существует 2 разновидности KLM:

-с использованием жесткой диафрагмы

-с использованием мягкой диафрагмы

Механизм действия жесткой диафрагмы:

Так как профиль пучка неравномерен в поперечном сечении, то приосевая часть АС облучена большей интенсивностью, соответственно в ней K_ус. больше, чем в периферийных областях.

Излучение с большей интенсивностью фокусируется АС и располагается ближе к осевой части, где K_ус. максимален. Чем больше интенсивность излучения, тем больше оно усиливается, т. е. осуществляется дискриминация по интенсивности.

Изменение K_ус. можно описать балансным уравнением, а изменение амплитуды – волновым:

Допущения следующие:

-Накачка является доминирующим механизмом формирования временного профиля (генерированного излучения на начальном этапе). Затем основную роль начинает играть механизм ПСМ на основе самофокусировки, поэтому при рассмотрении ПСМ за счет самофокусировки усилением сигнала можно принебречь.

-Дисперсия отстсвует

В итоге, действие керровской среды на поле генерации можно описать матрицей:

Далее, воспользовавшись матричным методом расчета резонатора можно рассчитать параметры пучка и изменение этих параметров на элементах резонатора.

Эффективность ПСМ за счет керровской нелинейности характеризуется параметром δ-силой дискриминации, отражающим скорость изменения поперечного размера основной моды ω в зависимости от мощности поля генерации p.

В качестве примера рассмотрим поведение δ в сильно несимметричном, с некомпенсированным астигматизмом резонаторе, в случае мягкой диафрагмы:

1- саггитальная плоскость

2- тангенциальная плоскость

Сила дискриминации различна в этих плоскостях, т. к. резонатор обладает астигматизмом.

Данный график уникален для каждого лазера.

Из рисунка видно, что максимум дискриминации для обеих плоскостей достигается внутри АЭ, где реализуется действие мягкой диафрагмы. Это способствует механизму СМ и стабильности параметров генерируемых импульсов.

В случае использования жесткой диафрагмы параметры выбирают так, чтобы увеличить значение δ, а диафрагму располагают в месте, где значение δ максимально.