4.2.2 Генерация сверхкоротких импульсов

Для генерации сверхкоротких импульсов ( порядка с) в лазерах используют процесс синхронизации продольных мод резонатора. Сложение амплитуд всех продольных мод с одинаковой фазой приводит к уменьшению длительности лазерных импульсов. Этот процесс носит название синхронизации мод. Существует пассивная и активная синхронизация мод. При пассивной синхронизации используют молекулы красителей или других рабочих веществ с узкой полосой усиления лазерного излучения. Также используются поглощающие излучение среды со сверхкоротким временем восстановления прозрачности (~ с). При активной синхронизации применяется синхронная накачка от другого пикосекундного лазера. Использование метода синхронной накачки позволяет получать импульсы в раз более короткие, чем длительность импульсов лазера накачки.

В настоящее время достигнута длительность сверхкоротких импульсов до десятков фемтосекунд вначале с помощью лазеров на красителях, а затем и на твердотельных лазерах. Рекордная минимальная длительность сверхкоротких импульсов в начале XXI века составляет 6 фс. Эта величина близка к фундаментальному пределу (2 - 3 фс), соответствующему одному периоду оптического излучения.

4.3 Мощные химические лазеры

4.3.1 Историческая справка

В последние десятилетия непрерывные химические лазеры (НХЛ) привлекают наиболее пристальное внимание как гражданских и военных заказчиков, так и разработчиков новой техники в качестве наиболее перспективных источников мощного лазерного излучения.

В 1970-е – 80-е годы газодинамические СО₂ - лазеры мегаваттной мощности, разработанные в СССР и США, впервые позволили практически проверить и оценить масштабность и сложность технологических проблем создания лазерного оружия. Однако большая длина волны излучения (10,6 мкм) и, следовательно, высокая расходимость лазерного пучка и низкая энергетическая эффективность лазерных источников оказались слишком серьезными техническими препятствиями для конкуренции мобильных систем на основе СО₂ – газодинамических лазеров с традиционными видами вооружений.

Тем не менее эти работы стали сильнейшим стимулом для ускорения развития систем управления и информационных технологий и заложили условия для их беспрецедентного прогресса в последующие десятилетия.

Непрерывные химические лазеры на молекулах HF (фтористый водород) и DF (фтористый дейтерий) открыли пути для продвижения практически по всем технологическим направлениям, обеспечив значительный рост эффективности лазеров и уменьшение длины волны. Излучение фтористо - водородных непрерывных химических лазеров (диапазон длин волн 2.7 - 3.1 мкм) сильно поглощается атмосферой, тогда как излучение фтористо-дейтериевых непрерывных химических лазеров (3,6 – 4,1 мкм) практически полностью попадает в окно прозрачности. В связи с этим фтористо - водородные лазеры могут рассматриваться только для внеатмосферных применений, в то время как фтористо - дейтериевые непрерывные химические лазеры привлекательны в наземных условиях.

В настоящее время можно отметить рост числа обсуждаемых и активно реализуемых проектов фтористо - дейтериевых непрерывных химических лазеров наземного применения, расширяющих их географию.

Начиная с девяностых годов прошлого века стал активно развиваться еще один тип непрерывных химических лазеров – химические кислородно -иодные лазеры (КИЛ). Длина волны излучения кислородно - иодного лазера ( мкм) приходится на окно спектральной прозрачности атмосферы, а также соответствует рабочему диапазону волоконной оптики. Это означает отсутствие принципиальных ограничений на использование лазеров такого типа в различных атмосферных и внеатмосферных условиях. Малая длина волны обеспечивает уменьшение дифракционного предела, а небольшая плотность активной среды в резонаторной полости – высокое оптическое качество лазерного пучка. Поэтому действующий размер (апертура) оптических зеркал кислородно - иодного лазера, обеспечивающего такую же, как и фтористо-водородные и фтористо-дейтериевые лазеры, плотность излучения на цели, может быть в несколько раз меньше.

Проект Airborne Laser (ABL, США 1994 год) состоит в размещении кислородно - иодного лазера, предназначенного для поражения баллистических ракет, на активном участке траектории, на борту широкофюзеляжного самолета (Боинг 747 – 400 F). Другой возможной задачей боевого применения этого комплекса является поражение спутников на околоземной орбите.

В 90-е годы в США обсуждалась новая концепция «Перспективный тактический лазер» (ПТЛ) на базе кислородно-иодного лазера мощностью 50 - 75 кВт. Предполагалось, что такие системы смогут обнаруживать и поражать на дистанциях 8 - 25 км множество воздушных и наземных объектов, таких как крылатые ракеты, неуправляемые ракеты и беспилотные самолеты, а также автомашины, пусковые установки ракет, системы наблюдения. Перспективные тактические лазеры будут основаны на тех же технологиях, которые применяются в системе лазера воздушного базирования ABL, но их выходная мощность будет намного меньше.