Способ формирования субмикросекундных импульсов лазерного излучения

еп ЯАВНМОЯ ЗОЮ1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71). Ордена Трудового Красного Знамени институт физики АН БССР (53) 621.375,8(088.8)(56) 1. Венкин Г.В. и др. Одномодо вый ОКГ с плавно перестраиваемой длительностью имнульсов. Кв.электр ника, 1971, В 6, с. 97-100.2. Лисицын Л,М. Формирование импульсов ОКГ спомощью двухфотонного поглощения в Са Аз, письма в ЖЗТФ, 1969, 9, 282 (прототип).(54)(57) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СУБМИКРОСЕКУНДНЫХ ИМПУЛЬСОВ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, включающий возбуждение активной среды и воздействие излучения на просветляющуюся среду и среду, обладающую двухфотонным поглощением, о т л и ч а ю щ и й с я. тем, что, с целью повышения стабильности генерационных параметров и увеличения энергии импульсов, воздействуют излучением на монокристалл теллурида цинка, являющийся одновременно просветляющейся средой и средой, обладающей двухфотонным поглощением, . охлажденный до 6-35 К с концентрацией дефектов 10 -10 см , создаю 1-ъ щих в запрещенной зоне акцепторные уровни.С:20 Изобретение относится к нелинейной оптике, квантовой электронике,а. именно к способам формированиясубмикросекундных лазерньн импульсовс перестраиваемой длительностью, 5Известен способ формированиясубмикросекундных импульсов света,основанный на возбуждении лазернымизлучением просветляющейся среды наоснове органического красителя инелинейной среды на основе кристалла типа КДР, создающей зависящиеот уровня мощности потери излученияв резонаторе за счет генерации втоРой гармоники 1.15Наиболее близким по техническойсущности к изобретению являетсяспособ формирования субмикросекундных импульсов лазерного излучения,включающий возбуждение активнойсреды и воздействие излучения напросветляющуюся среду и среду, об- .ладающую двухфотоннь 1 м поглощением 2 .Недостатком описанных способовявляется недостаточная стабильностьгенерации вследствие невысокой фотохимической устойчивости органических просветляющихся сред и высокийпорог,генерации вследствие паразитных потерь излучения на элементахв резонаторе.Цель изобретения - повышениестабильности генерационных парамет- .ров и увеличение энергии импульсов.Поставленная цель достигаетсятем, что в способеформированиясубмикросекундных импульсов лазерного излучения, включающем возбуждение активной среды и воздействие 40излучения на просветляющуюся средуи среду, обладающую двухфотонным поглощением, воздействуют излучением.на монокристалл теллурида цинка,являющийся одновременно просветляющейся средой и средой, обладающейдвухфотонным поглощением, охлаждениый до .температуры 6-35 К, с концентрацией дефектов 10 -10 д см рсоздающих в запрещенной зоне акцеп. - 50торные уровни,На фиг. 1 представлена энергетическая схема электронных переходовв полупроводнике Р"типа проводимости, который представляет собой 55монокристалл теллурида цинка,На фиг. 2 - зависимость коэффициента пропусканиямонокристалла Т о охлажденного до 6 К, от энергии падающего излучения Ю па .При воздействии на полупроводниковый элемент-теллурид цинка-излучения пропускание элемента сначала увеличивается, Это происходит за счет просветления примесной полосы поглощения в результате опустошения акцепторньк уровней примеси под воздействием мощного излучения (см. фиг. 1, переход 1). Потери излучения в резонаторе уменьшаются, и при достижении порога генерации формируется передний фронт лазерного импульса. Двухфотонное поглощение существенно не влияет на развитие генерации на этом этапе вследствие его малости. После насыщения поглощения в переходе 1 с увеличением энергии накачки возникает новый канал йоглощения из-эа двухфотонных переходов 2. Двухфотонное поглощение приводит к образованию нелинейных потерь, которые обуславливают уменьшение пропускания фильтра и компенсируют усиление в лазере. Нелинейные потери ограничивают нарастание плотности излучения в резонаторе, вследствие чего стабилизируется амплитуда лазерного импульса и увеличивается время сброса инверсной населенности в активном веществе, Последнее и позволяет получить импульс субмикросекундной длительности.Для реализации такого режима работы необходимо, чтобы возникающие в полупроводником элементе при высоком уровне возбуждения нелинейные потери были значительны еще до порога разрушения материала. Это достигается охлаждением монокристаллов до 6-35 К. Причинами препятствующими возникновению нелинейных потерь, могут быть следующие: 1) небольшой параметр нелинейности фильтра и, как следствие, значительное остаточное поглощение в фильтре, сохраняющееся вплоть до порога разрушения полупроводника (т.е. фильтр полностью не просветляется), 2) низкий порог разрушения материала.П р и м е р. Субмикросекуидный лазерный импульс формируется привозбуждении активной среды и воздействии излучения на полупроводниковый нелинейный элемент в видеплоскопараллельной пластинки легиро10 ванного монокристалла теллурида цинка, помещенный в резонатор и охлажденный до 6-35 К. Спектральная область, в которой возможно получение режима, ограничена интервалом 5 длин волн Ь Ъ = .Ъ, - Ъ в котором наблюдается поглощение с акцепторных уровней примеси (см. фиг. 1). Она заключена в промежутке 5500-5250 А.В качестве акцепторной примеси могут выступать дефекты роста (остаточные примеси, собственные дефекты решетки) или же акцепторная примесь вводится путем легирования. Концентрация дефектов выбирается в пределах 10 -10 смПроцесс генерации определяется изменением пропускания элемента с увеличением уровня возбуждения, показанным на фиг. 2, и происходит следующим образом, При малой мощности падающего излучения пропускание постоянно (участок 3). При достижении в реэонаторе мощности0,01 МВт/ем полупроводник начинает просветляться, потери излучения в резонаторе уменьшаются и при достижении порога генерации формируется передний фронт импульса (участок 4). Мощность излучения в резонаторе быстро возрас- ЗО тает до уровня, соответствующего максимальному пропусканию полупроводника, и стабилизируется вследствие ограничительного действия нелинейных потерь, обусловленных двухфотонным поглощением, ведущих к уменьшению пропускания при больших уровнях накачки (участок 5).Нелинейные потери увеличивают время сброса инверсной населенности 4 О в активном элементе лазера, вслед. - ствие чего лазерный импульс удлиня- ется, Регулировка длительности импульса осуществляется. изменением уровня накачки активного элемента, 45 Длительность импульса, определяемая коэффициентом нвлинейности 1 1,р,которыйс учетом параметров резойатора и активной среды равен 280, может изменяться в пределах 40-400 нс. 50Субмикросекундные импульсы света могут быть сформированы при возбуждении лазерным излучением теллурида цинка, охлажденного до 6-35 К, поскольку в этом интервале температур 55 на экспериментальной зависимости . коэффициента, пропускания Т Яапа) .наблюдае-.ся участок уменьшения проФпускания, обуславливающий нелинейные потери, и соответственно. удлинение лазерного импульса. ПриТ) 35 К теллурид цинка полностьюне просветляется вплоть до порогаразрушения материала и участок уменьшения пропускания не проявляется.оПри Т6 К режим получения субмикросекундных импульсов света не техйологичен из-за необходимости помещения теллурида цинка непосредственно в жидкий гелий и сложности получения температур ниже 4,2 К.Описанный режим работы отличаетсявысокой стабильностью. Не было отмечено никаких изменений в характеристиках полупроводникового элементана основе теллурида цинка, охлажденного до гелиевых температур, послепроведения 300 лазерных вспышекв режиме полного насыщения полосыпоглощения, тогда как, например,при режиме работы с использованиемпросветляющейся среды на основеполиметинового красителя, после проведения аналогичного количества.вспьппек необходимо проводить замену,красителя для поддержания стабильной генерации,Порог генерации зависит от коэффициента нелинейности фильтраи потерь излучения на элементах резонатора и в фильтре. Совмещение водном полупроводнике функций просветляющегося фильтра и нелинейногоэлемента уменьшает паразитные потери приблизительно на 103. Уменьшение порога генерации вследствие этого приблизительно равно 253.Таким образом, способ формирования субмикросекундных импульсовсвета обладает стабильностью генерации (за счет высокой надежности иустойчивости параметров полупровод-.никового элемента из теллурида цинка), более низким порогом генерации(на 25), (за счет совмешщенияфункций просветляющейся среды,инелинейнопоглощающего элемента в одном кристалле), что дает возможностьповысить энергосъем и КПД лазеров,генерирующих субмикросекундные импульсы света.Способ позволяет .упростить конструкцию таких лазеров и сделать ихболее компактными за счет уменьшения числа элементов в резонаторе.Он может применяться при низких.Титова Техред О.Ващишина ректор А.Зимокосо едакт каз 4 Подписнокомитета СССРи открытийаушская наб., д. 4/5 Тираж 638 ВНИИПИ Государствеиног по делам изобретений 113035, Москва, Ж, температурах. Эти свойства важны для перспективного использования илиал ППП "Патент",д,. ул, Проектная, 4