Переваги імпульсного накачування; генерація на самообмежених переходах
При імпульсному накачуванні, коли інверсія реалізується лише протягом деяких проміжків часу, швидке очищення нижнього робочого рівня може бути несуттєвим. Припустимо, що при включенні імпульсу збудження швидкість заселення верхнього робочого рівня виявляється вищою за швидкість заселення нижнього рівня. У цьому випадку лазер може працювати за рахунок інверсії, що виникає на початку імпульсу збудження. Подібна ситуація показана на рис. 1.5 де криві і 2 описують зміну в часі заселеностей нижнього і верхнього робочих рівнів відповідно, а крива 3 описує імпульс збудження. З малюнка видно, що інверсія реалізується на початку імпульсу збудження - протягом проміжку часу Зрозуміло, що у разі швидкість релаксації нижнього робочого рівня несуттєва.
Зі сказаного випливає, що в режимі імпульсного накачування можливе отримання генерації в більшій кількості середовищ і на більшій кількості переходів у цьому середовищі, ніж при стаціонарному накачуванні. Зокрема, реалізується генерація на про самообмежених переходах.
Самообмеженими називають переходи, де верхнім робочим рівнем є перший резонансний рівень активного центру, а нижнім є метастабільний рівень. Метастабільність нижнього рівня, що виключає можливість його радіаційного очищення, не дозволяє реалізувати стаціонарну інверсію на таких переходах незважаючи на те, що перший резонансний рівень має, як правило, найбільший переріз електронного збудження в розряді. Однак на вказаних переходах можлива імпульсна генерація; вона може відбуватися на початку імпульсу збудження, коли швидкість релаксації нижнього рівня несуттєва, а суттєво відношення швидкостей заселення робочих рівнів. Оскільки тривалість генерації обмеженаРозглянутому випадку властивостями самого переходу, такі переходи отримали назву самообмежених.
Відношення швидкостей заселення робочих рівнів у разі самообмежених переходів є особливо сприятливим, причому саме внаслідок метастабільності нижнього робочого рівня. Справа в тому, що перерізи збудження електронами по оптично заборонених переходах, як правило, набагато менше, ніж за дозволеними [3]; в результаті ймовірність електронного збудження першого резонансного (верхнього робочого) рівня виявляється суттєво більшою, ніж ймовірність збудження метастабільного (нижнього робочого) рівня. Саме тому лазери, що працюють на основі самообмежених переходів, відрізняються дуже високими значеннями коефіцієнта посилення.
Говорячи про переваги імпульсного накачування, слід зазначити також той факт, що її легше реалізувати з технічної точки зору, ніж безперервне накачування. Безперервне досить стабільне підведення енергії до активного середовища, як правило, технічно складніше, ніж імпульсне. Крім того, при імпульсному накачуванні зазвичай немає необхідності в примусовому охолодженні активного середовища, що нагрівається.
Імпульсне накачування дозволяє реалізувати різні імпульсні режими генерації. При цьому вдається здійснювати виключно сильну концентрацію в часі та просторі світлової енергії, що випромінюється. Так, наприклад, реалізовані режими генерації потужних надкоротких світлових імпульсів тривалістю з піковою потужністю до Вт.
У практиці застосування лазерів імпульсні режими генерації зустрічаються значно частіше, ніж безперервні. Твердотільні та рідинні лазери працюють зазвичай в імпульсних режимах; при цьому використовується як імпульсне, так і безперервне накачування. Безперервна генерація й у газових лазерів;однак і тут спостерігається підвищення інтересу до генерації імпульсної [5].