Синхронизация мод

Синхрониза́ция мод — метод лазерной физики, с помощью которого удаётся связать фазы различных продольных мод в лазере, получив тем самым сверхкороткие импульсы в диапазоне пико- или фемтосекунд.

Cумма различных мод даёт короткий мощный импульс

Основа этого метода состоит в необходимости связать определённым соотношением фазы мод в лазере. Интерференция между этими модами служит причиной того, что лазерное излучение представляет собой последовательность импульсов. В зависимости от характеристик лазера эти импульсы могут быть сверхкороткими, например, фемтосекундными.

Собственные моды резонатора

Хотя лазерное излучение, возможно, самое «чистое» из различных видов света, оно не однородно по частоте или длине волны. Все лазеры генерируют излучение в некотором диапазоне частот, диапазоне (ширине) усиления.

Теория синхронизации мод

Результат синхронизации мод излучения, состоящего из 10 эквидистантных мод. В начале анимации фазы всех мод случайны, в конце - полностью синхронизированы. Оптический шум при этом преобразуется в относительно короткий мощный импульс.

Методы синхронизации мод

Активная синхронизация мод — синхронизирующий элемент управляется или модулируется внешним источником:

• Синхронизация мод, осуществляемая с помощью амплитудного модулятора — АМ синхронизация мод
• Синхронизация мод, осуществляемая с помощью фазового модулятора — ЧМ синхронизация мод
• Синхронизация мод, осуществляемая путём периодической модуляции усиления лазера с частотой повторения модулирующих импульсов, равной основной частоте резонатора (Δν = с/2L) — синхронизация мод при синхронной накачке

Пассивная синхронизация мод — используется не внешнее управление режимом синхронизации, а некоторый нелинейный оптический эффект:

• Синхронизация мод на основе быстро насыщающегося поглотителя, время жизни верхнего состояния которого очень мало
• Синхронизация мод на основе линз Керра — используется эффект самофокусировки пучка в прозрачном нелинейном оптическом элементе
• Синхронизация мод на основе медленно насыщающегося поглотителя — используется динамическое насыщение усиливающей среды

Литература

1. С. А. Ахманов, С. Ю. Никитин, «Физическая оптика», Изд-во МГУ, Наука, Москва, 2004 г.
2. О. Звелто, «Принципы Лазеров», Изд-во Лань, Спб., 2008 г.

См. также

• Коэффициент фазовой синхронизации