Ushbu to'rtta texnologiya birgalikda muhokama qilinadi, chunki ularning barchasi lazer rezonans bo'shlig'ining chiqish xususiyatlariga bevosita ta'sir qiladi.
1. Rejim tanlash:
Tartibni tanlash aslida chastotani tanlashdir. Ko'pgina lazerlar katta chiqish energiyasini olish uchun uzunroq rezonansli bo'shliqlardan foydalanadi, bu esa lazer chiqishini ko'p rejimli qiladi. Biroq, yuqori tartibli rejimlar bilan solishtirganda, asosiy transvers rejim (TEM{2}} rejimi) yuqori yorqinlik, kichik divergentsiya burchagi, bir xil radial yorug'lik intensivligini taqsimlash va bitta tebranish chastotasi xususiyatlariga ega. U eng yaxshi fazoviy va vaqtinchalik shovqinga ega. Shuning uchun, bitta fundamental transvers rejimli lazer ideal kogerent yorug'lik manbai bo'lib, u lazer interferometriyasi, spektral tahlil va lazerni qayta ishlash kabi ilovalar uchun juda muhimdir. Ushbu shartlarni qondirish uchun ko'p rejimli lazerlarda aksar rezonans chastotalarining ishlashini bostirish uchun lazer tebranishini cheklash choralarini ko'rish va bitta rejimli bir chastotali lazer chiqishini olish uchun rejim tanlash texnologiyasidan foydalanish kerak.
Rejimni tanlash ikki yo'lga bo'linadi: biri lazer bo'ylama rejimini tanlash; ikkinchisi - lazer transvers rejimini tanlash. Birinchisi lazerning chiqish chastotasiga ko'proq ta'sir qiladi va lazerning uyg'unligini sezilarli darajada yaxshilashi mumkin; ikkinchisi, asosan, lazer chiqishining yorug'lik intensivligining bir xilligiga ta'sir qiladi va lazerning yorqinligini yaxshilaydi.
1)Uzunlamasına rejimni tanlash: nurning monoxromatikligi va kogerent uzunligini yaxshilash uchun lazer bitta uzunlamasına rejimda ishlashi kerak. Biroq, ko'plab lazerlar ko'pincha bir vaqtning o'zida tebranadigan bir nechta uzunlamasına rejimlarga ega. Shuning uchun, bitta uzunlamasına rejimli lazerni loyihalash uchun chastotani tanlash usuli qo'llanilishi kerak. Umumiy usullarga quyidagilar kiradi: qisqa bo'shliq usuli, Fabry-Ploy etalon usuli, uch oynali usul va boshqalar.
2)Transvers rejimni tanlash: lazerli tebranishning sharti shundaki, daromad koeffitsienti yo'qotish koeffitsientidan kattaroq bo'lishi kerak. Yo'qotishlarni ko'ndalang rejim tartibiga bog'liq chiziqli emissiya yo'qotishlariga va tebranish rejimiga bog'liq bo'lmagan boshqa yo'qotishlarga bo'lish mumkin. Asosiy ko'ndalang rejimni tanlashning mohiyati TEM00 rejimini tebranish shartlariga erishish va yuqori tartibli ko'ndalang rejimlarning tebranishini bostirishdan iborat. Shuning uchun, transvers rejimlarni tanlash maqsadiga erishish uchun faqat har bir yuqori tartibli rejimning chiziqli emissiya yo'qolishini nazorat qilishimiz kerak. Umuman olganda, TEM01 rejimi va TEM10 rejimining asosiy transvers rejimdan bir daraja yuqori bo'lgan tebranishlarini bostirish mumkin ekan, boshqa yuqori tartibli rejimlarning tebranishlarini bostirish mumkin. Umumiy usullarga quyidagilar kiradi: diafragma usuli, fokuslash diafragma usuli va bo'shliq ichidagi teleskop usuli, botiq-qavariq bo'shliq, Q-switched rejimini tanlash va boshqalar.
2. Chastotani barqarorlashtirish:
Lazer rejimni tanlash orqali bir chastotali tebranish olgandan so'ng, rezonans chastotasi ichki va tashqi sharoitlarning o'zgarishi sababli butun chiziqli kenglikda harakat qiladi. Bu hodisa "chastota siljishi" deb ataladi. Drift mavjudligi sababli lazer chastotasining barqarorligi muammosi paydo bo'ladi. Chastotani barqarorlashtirishning maqsadi - bu boshqariladigan omillarni tebranish chastotasiga aralashuvini minimallashtirish va shu bilan lazer chastotasining barqarorligini yaxshilash uchun ularni boshqarishga harakat qilish.
Chastota barqarorligi ikki jihatni o'z ichiga oladi: chastota barqarorligi va chastotaning takrorlanishi. Chastotaning barqarorligi deganda lazer chastotasining uzluksiz ish vaqti ichida tebranish chastotasiga nisbati tushuniladi. Bu nisbat qanchalik kichik bo'lsa, chastota barqarorligi shunchalik yuqori bo'ladi. Chastotani qayta ishlab chiqarish - lazer turli muhitlarda ishlatilganda chastotaning nisbiy o'zgarishi. Chastotani barqarorlashtirish usullari ikki turga bo'linadi: passiv va faol. Chastotani barqarorlashtirishning o'ziga xos usullari quyidagilarni o'z ichiga oladi: Qo'zi cho'kish usuli va to'yinganlikni yutish usuli.
3. Q-kommutatsiya:
Odatda, qattiq holatdagi impulsli lazerlar tomonidan chiqariladigan yorug'lik impulslari bitta silliq impulslar emas, balki mikrosoniya oralig'ida o'zgaruvchan intensivlik va kengliklarga ega bo'lgan kichik tepalik impulslari ketma-ketligidir. Bu yorug'lik impulslari ketma-ketligi yuzlab mikrosekundlar yoki hatto millisekundlar davom etadi va uning eng yuqori quvvati atigi o'nlab kilovattni tashkil qiladi, bu lazer radar va lazer diapazoni kabi amaliy ilovalar ehtiyojlarini qondirishdan uzoqdir. Shu sababli, ba'zi odamlar Q-switching kontseptsiyasini taklif qilishdi, bu lazer impulslarining chiqish ko'rsatkichlarini bir necha darajalar bilan yaxshilagan, puls kengligini nanosekund darajasiga siqgan va eng yuqori quvvati gigavattga teng.
Q lazer rezonans bo'shlig'ining sifat omiliga ishora qiladi. Muayyan formula Q=2T"Rezonans bo'shlig'ida saqlanadigan energiya/bir tebranish siklida yo'qolgan energiya.
Bu vaqtda, lazer tebranish printsipi Q-switching: ma'lum bir usul nasos boshida yuqori yo'qotish va past Q qiymati holatida rezonans bo'shlig'i qilish uchun ishlatiladi. Tebranish chegarasi juda yuqori va zarracha zichligi inversiya soni juda yuqori darajaga to'plansa ham, u tebranish hosil qilmaydi; zarracha inversiya soni eng yuqori qiymatga yetganda, bo'shliqning Q qiymati to'satdan ortadi, bu lazer muhitining daromadi chegaradan sezilarli darajada oshib ketishiga olib keladi va tebranish juda tez sodir bo'ladi. Bu vaqtda metastabil holatda saqlanadigan zarrachalarning energiyasi tezda fotonlar energiyasiga aylanadi va fotonlar juda yuqori tezlikda ortadi. Lazer yuqori cho'qqi quvvati va tor kengligi bilan lazer zarbasini chiqarishi mumkin.
Rezonans bo'shlig'ining yo'qolishi aks ettirish yo'qolishi, yutilish yo'qolishi, radiatsiya yo'qolishi, tarqalish yo'qolishi va uzatish yo'qotilishini o'z ichiga olganligi sababli, turli xil Q-ko'chirish texnologiyalarini shakllantirish uchun turli xil yo'qotishlarni nazorat qilish uchun turli usullar qo'llaniladi. Hozirgi vaqtda keng tarqalgan Q-switching texnologiyalari: akusto-optik Q-switching, elektro-optik Q-switching va bo'yoq Q-switching.
4. Rejimni bloklash:
Q-switching lazer pulslarining kengligini siqib chiqarishi va mikrosekundlar tartibidagi puls kengligi va gigavatt darajasidagi eng yuqori quvvatga ega lazer impulslarini olishi mumkin. Rejimni blokirovkalash texnologiyasi lazerni maxsus tarzda qo'shimcha modulyatsiya qiluvchi texnologiya bo'lib, lazerda tebranuvchi turli uzunlamasına rejimlarning fazalarini o'rnatishga majbur qiladi, shuning uchun har bir rejim ultraqisqa impulslarni olish uchun izchil ravishda qo'shilishi mumkin. Rejimni qulflash texnologiyasidan foydalangan holda, femtosekundlar tartibidagi impuls kengligi va T vatt tartibidan yuqori quvvatga ega ultra qisqa lazer impulslarini olish mumkin. Rejimni blokirovkalash texnologiyasi lazer energiyasini o'z vaqtida yuqori darajada konsentratsiyali qiladi va hozirda yuqori quvvatli lazerlarni olish uchun eng ilg'or texnologiya hisoblanadi.
Rejimni qulflash printsipi: Odatda, bir xil bo'lmagan kengaytirilgan lazerlar har doim bir nechta uzunlamasına rejimlarni ishlab chiqaradi. Har bir rejimning chastotasi va boshlang'ich bosqichi o'rtasida aniq bog'liqlik yo'qligi sababli, har bir rejim bir-biriga mos kelmaydi, shuning uchun bir nechta uzunlamasına rejimlar tomonidan yorug'lik intensivligi chiqishi har bir bo'ylama rejimning mos kelmaydigan qo'shilishi hisoblanadi. Chiqish yorug'ligi intensivligi vaqt o'tishi bilan tartibsiz o'zgarib turadi. Rejimni blokirovka qilish rezonans bo'shlig'ida mavjud bo'lishi mumkin bo'lgan bir nechta uzunlamasına rejimlarning sinxron tebranishini ta'minlaydi, har bir tebranish rejimining chastota intervallarini teng darajada ushlab turadi va ularning boshlang'ich fazalarini doimiy ushlab turadi, shuning uchun lazer muntazam va teng vaqt oralig'ida qisqa pulslar ketma-ketligini chiqaradi.
Rejimni qulflash texnologiyasi faol rejimni blokirovkalash va passiv rejimni blokirovka qilishga bo'linadi. Faol rejimni blokirovka qilish: har bir uzunlamasına rejimning sinxron tebranishiga erishish uchun lazer chiqishining amplitudasi va fazasini modulyatsiya qilish uchun rezonans bo'shlig'iga modulyatsiya chastotasi v=c/2L bo'lgan modulyatorni joylashtiring. Passiv rejimni qulflash: lazer bo'shlig'iga to'yingan assimilyatsiya xususiyatlariga ega bo'yoq qutisini joylashtiring. To'yingan assimilyatsiya xususiyatlariga ega bo'yoq qutisining yutilish koeffitsienti yorug'lik intensivligi oshishi bilan kamayadi. Lazerda, optik nasos ishchi materialni qo'zg'atganda, har bir uzunlamasına rejim tasodifiy sodir bo'ladi va yorug'lik maydoni ularning superpozitsiyasi tufayli intensivlikda o'zgaradi. Ba'zi uzunlamasına rejimlar tasodifan izchil ravishda kuchaytirilganda, kuchli yorug'lik intensivligi bo'lgan qismlar paydo bo'ladi, boshqa qismlar esa zaifroq. Bu kuchli qismlar bo'yoq tomonidan kamroq so'riladi va yo'qotish katta emas. Zaif qismlar bo'yoq tomonidan ko'proq so'riladi va zaiflashadi. Yorug'lik maydonining bo'yoqdan ko'p marta o'tishi natijasida kuchli va zaif qismlar aniq ajralib turadi va nihoyat, bu uzunlamasına rejim kogerent kuchaytiruvchi qismlar tor impulslar shaklida tanlanadi. Passiv rejimni qulflash bo'yoq qutisining optik xususiyatlariga ma'lum talablarga ega: bo'yoqning yutilish chizig'i lazer to'lqin uzunligiga juda yaqin bo'lishi kerak; assimilyatsiya chizig'ining chiziq kengligi lazer chizig'ining kengligidan kattaroq yoki teng bo'lishi kerak; va bo'shashish vaqti pulsning bo'shliqda oldinga va orqaga harakat qilish vaqtidan qisqaroq bo'lishi kerak.
