усилитель с положительной обратной связью

Определения:
В оптическом усилителе есть резонатор, поэтому световые импульсы могут циркулировать в полости много кругов, прежде чем они будут связаны.

Усилители с положительной обратной связью - это устройства, используемые для увеличения световых импульсов, которые обычно имеют длину в пикосекундах или фемтосекундах (см. Сверхбыстрые усилители). Помещение усиливающей среды в резонатор может быть достигнуто многократно с помощью усиливающей среды (обычно твердой среды), а также светового переключателя с использованием электрооптических модуляторов и поляризаторов. Количество кругов, циркулирующих в резонаторе, можно контролировать с помощью световых переключателей, которые могут быть очень большими, так что общий коэффициент усиления может быть очень высоким.
Хотя импульсы многократно проходят через усиливающую среду в усилителе с положительной обратной связью, мультиплексный усилитель относится к устройству с определением количества каналов, полученных в соответствии с геометрическими свойствами пути луча, а не с использованием светового переключателя. Также естественно рассматривать усилитель с положительной обратной связью как мультиплексный усилитель.

 

рисунокОдин.:: Рисунок устройства усилителя с положительной обратной связью в пикосекундном режиме. Коробка Пуанкельса, с четвертым стеклом и тонкопленочной поляризацией, действует как световой переключатель. Спиральное зеркало Фарадея используется для разделения падающих и исходящих импульсов.

Принцип работы усилителя с положительной обратной связью
Принцип работы положительной обратной связи можно понять следующим образом:

• Во - первых, усиливающая среда сначала накачивается в течение некоторого времени и может собирать некоторую энергию.
• Затем первый пучок импульсов попадает в резонатор через коротко открытый (меньше времени, когда импульс циркулирует в полости) порт, управляемый электрооптическим переключателем (или акустическим и световым эффектом).
• Этот пучок циркулирует в резонаторе несколько раз (возможно, сотни раз) и усиливается до очень высокого энергетического порядка.
• Наконец, импульс высвобождается из резонатора. Это можно сделать с помощью второго электрооптического переключателя или переключателя, который соединяет его.

Этот принцип работы позволяет использовать усилители среднего размера для получения высокого усиления, а импульсная энергия достигает миллиджоуля, а более крупные устройства получают более высокую энергию. Типичная скорость повторения импульса1kHzПорог (может достигать нескольких сотен)kHzМаксимальная энергия импульса может быть получена при более низкой скорости повторения.
Обратите внимание, что семенные лазеры, как правило, являются лазерами с запертыми модулями, которые имеют очень высокую частоту повторения импульсов, например, сотни мегагерц, и только очень небольшое количество семенных импульсов используется в усилителях.
В случае высокой повторяемости (10)kHzДаже выше), как правило, непрерывно накачивается среда усиления усилителя. А для ситуаций с низкой частотой повторения (особенно когда период импульса намного больше, чем срок службы на верхнем энергетическом уровне), импульсная накачка (например, с использованием настройки)QЛазеры) более благоприятны. Одной из распространенных структур является умножение частоты.YAGЛазер накачивает усилитель титанового сапфира с обратной связью.

Прочие вопросы
Поскольку ограниченная полоса усиления среды усилителя уменьшает ширину импульса, длина увеличенного импульса может быть увеличена. Это называется эффектом сужения усиления, который может быть уменьшен путем добавления соответствующего спектрального фильтра в усилитель, так что спектр чистого усиления становится более широким и плоским.
В фемтосекундном устройстве дисперсия, вызванная пузырьком, должна быть компенсирована. Существуют также нелинейные эффекты, которые необходимо эффективно подавлять с помощью усиления импульса чирикания или увеличения субимпульса. Если меры не будут приняты, полученная импульсная энергия будет ограничена нелинейными эффектами и даже приведет к оптическому повреждению.
Эффективность мощности усилителя с положительной обратной связью значительно снижается из - за эффекта потерь в полости (особенно в электрооптических переключателях). При низком усилении на одном круге эти потери становятся более чувствительными, так как для получения определенного фактора усиления необходимо увеличить количество кругов, циркулирующих импульсами в кольце.
Усилитель с положительной обратной связью также снижает коэффициент усиления и эффективность накачки из - за ограниченного срока службы в низкоэнергетическом состоянии, поэтому при усилении импульса количество мест размещения на низкоэнергетическом уровне велико, что приводит к повторному поглощению лазерного перехода. Эта проблема возникает в основном, когда усилитель усиливает ультракороткие импульсы, но не во время усиления чирикания, потому что длина импульса усилителя в это время относительно длинная.
В некоторых приложениях необходимо поддерживать сопутствующую импульсную энергию на относительно низком уровне, то есть получать высокий импульсный контраст. Сопутствующие импульсы могут генерироваться несколькими способами, например, несовершенным переключателем пузырьковой коробки или паразитным отражением в усилителе. Для подавления импульсов спереди или сзади требуются дополнительные импульсные приемники.
Когда частота повторения импульсов высока, процесс усиления импульса может иметь сильные флуктуации. Также происходит двойное периодическое шунтирование, когда энергия импульса изменяется между двумя значениями, а затем между четырьмя и даже восемью значениями. Когда частота повторения импульсов выше, возникает эффект хаоса. рисунокДва.Это числовое моделирование.

 

рисунокДва.:: Связь между импульсной энергией усилителя с положительной обратной связью и количеством циклических кругов в резонаторе, использованиеRPПрограммное обеспечение оптической мощности получает результаты моделирования.
Средой усиления, обычно используемой усилителями с положительной обратной связью, является титановый сапфир, который имеет широкую полосу усиления и теплопроводность. Другие усиливающие среды, такие как носители, легированные иттербием или неодимом, подходят для использования диодных насосов, поскольку они имеют более длительный срок службы на верхнем энергетическом уровне и поэтому имеют сильную способность к хранению энергии, но из - за меньшей полосы усиления генерируют более длительные импульсы (обычно сотни)fsИли больше).
Применение усилителей с положительной обратной связью включает обработку материалов (например, использованиеmJИмпульсная энергия режет металл) и научные эксперименты, такие как физика высоких энергий, используются для создания высоких гармоник.

Альтернативы
Альтернативой усилителям с положительной обратной связью является мультиплексный усилитель, в котором несколько каналов расположены с помощью множества зеркал (каждый канал имеет несколько иное направление распространения). Этот вариант не требует использования быстрых модуляторов, но количество каналов, проходящих через усиливающую среду, во многих случаях может быть более сложным (и их трудно расположить). Согласно эмпирическим законам, мультиплексные усилители лучше подходят для получения очень высокой импульсной энергии при ограниченном усилении (поскольку энергия падающего импульса уже довольно высока), в то время как усилители с положительной обратной связью более подходят для очень высокого усиления. Конечно, эти два усилителя могут быть объединены: усилитель с положительной обратной связью обеспечивает высокий коэффициент усиления, а многоходовой усилитель терминала увеличивает импульсную энергию (см. Цепочку усилителя, сверхбыстрый усилитель).
Другая технология, которая также может получить высокую импульсную энергию, хотя и не так высока, как в усилителе с положительной обратной связью, заключается в том, что лазер с замковым модулем использует наклонную полость. Эта технология особенно подходит для получения высокой частоты повторения импульсов до нескольких мегагерц.