Propagation of a U-shaped radio pulse in a selectively amplifying medium

Abstract

General relations are obtained that govern the evolution of the leading edge of a signal propagating in a selectively amplifying medium. The propagation of a pulse with a rectangular envelope, the carrier frequency of which is close to the frequency of one of the spectral amplification lines of a selective (in frequency) amplifying medium, is considered. The time dependence of the envelope of the initially rectangular signal is studied for various values of the optical thickness of the substance layer for the Gaussian and Lorentzian contours of the spectral line. It is shown that in the case of a shift of the carrier frequency of the signal relative to the center of the spectral line, the interference of the primary and amplified signal can lead to very significant oscillations of the total signal in time.

• active medium
• signal
• leading edge
• distortion
• discontinuity
• propagation of radio waves
• propagation of electromagnetic waves

Аннотация (на русском)

Распространение П-образного радиоимпульса в селективно усиливающей среде

Получены общие соотношения, которым подчиняется эволюция переднего фронта сигнала, распространяющегося в селективно усиливающей среде. Рассмотрено распространение импульса с прямоугольной огибающей, несущая частота которого близка к частоте одной из спектральных линий усиления селективно (по частоте) усиливающей среды. Изучена временная зависимость огибающей исходно прямоугольного сигнала при различных значениях оптической толщины слоя вещества для гауссова и лоренцева контура спектральной линии. Показано, что в случае сдвига несущей частоты сигнала относительно центра спектральной линии интерференция первичного и усиленного сигнала способна приводить к весьма значительным осцилляциям суммарного сигнала во времени.

For citation

References

1. Виноградова М. Б., Руденко О. В., Сухоруков А. П. Теория волн. - 1979.
2. Клышко Д. Н. Физические основы квантовой электроники. - 1986.
3. Карлов Н. В. Лекции по квантовой электронике. - М.: наука, 1988. - Т. 52.
4. Стрельницкий В. С. Космические мазеры // Успехи физических наук. - 1974. - Т. 113. - №. 7. - С. 463-502. https://doi.org/10.3367/UFNr.0113.197407c.0463
5. Бухман Н. С. Об искажении переднего фронта квазимонохроматического сигнала в резонансно-поглощающей среде // Радиотехника и электроника. 2019. - Т. 64. - №. 3. - С. 231-245. https://doi.org/10.1134/S0033849419030045
6. Bukhman N. S. On the distortion of a wave packet propagating in an amplifying medium // Quantum Electronics. - 2004. - Т. 34. - №. 4. - С. 299. https://doi.org/10.1070/QE2004v034n04ABEH002670
7. Крюков П. Г., Летохов В. С. Распространение импульса света в резонансно усиливающей (поглощающей) среде //Успехи физических наук. - 1969. - Т. 99. - №. 10. - С. 169-227. https://doi.org/10.3367/UFNr.0099.196910a.0169
8. Козлов В. В., Розанов Н. Н. Численное исследование режима генерации предельно коротких импульсов в лазере с синхронизацией МОД // Оптика и спектроскопия. - 2013. - Т. 114. - №. 5. - С. 870-870. https://doi.org/10.7868/s0030403413050085
9. Терентьев В. С., Симонов В. А. Численное моделирование оптических свойств отражательного интерферометра, сформированного в планарной гетероструктуре лазерного диода //Прикладная фотоника. - 2020. - Т. 7. - №. 4. - С. 19-36. https://doi.org/10.15593/2411-4367/2020.4.02
10. Рузиев З. Д. и др. Численное моделирование генерации второй гармоники ультракоротких лазерных импульсов в нелинейных фотонных кристаллах // Математическое моделирование и численные методы. - 2022. - №. 1 (33). - С. 3-14. https://doi.org/10.18698/2309-3684-2022-1-314
11. Купцов Г. В. и др. Моделирование распространения пикосекундных импульсов в блоках формирования излучения на основе оптических волокон // Квантовая электроника. - 2016. - Т. 46. - №. 9. - С. 801-805. https://doi.org/10.1070/QEL15993
12. Архипов Р. М. и др. Сравнение параметров генерации лазера в режиме когерентной и некогерентной синхронизации МОД // Оптика и спектроскопия. - 2023. - Т. 131. - №. 7. - С. 933-940. http://dx.doi.org/10.21883/OS.2023.07.56128.4881-23
13. Воронин В. Г. и др. Генерация гладких микросекундных импульсов в иттербиевом волоконном лазере //Вестник Московского университета. Серия 3. Физика. Астрономия. - 2005. - №. 5. - С. 35-38.
14. Анисимова С. А., Тетерин П. Е. Динамика генерации фазово-сопряженного ИАГ: Nd-лазера с пассивной модуляцией добротности и параллельным соединением резонаторов //Прикладная физика. - 2007. - №. 4. - С. 128-132.
15. Рожков А. В., Пихтин Н. А. Численное моделирование токовой зависимости спектров излучения мощных импульсных лазеров, выполненных на основе двойных гетероструктур раздельного ограничения //Письма в Журнал технической физики. - 2018. - Т. 44. - №. 11. - С. 46-52. https://doi.org/10.21883/PJTF.2018.11.46196.17256
16. Булгакова Н. М., Жуков В. П., Федорук М. П. Численное моделирование распространения фемтосекундных лазерных импульсов в нелинейных средах //Вычислительные технологии. - 2012. - Т. 17. - №. 4. - С. 14-28. http://dx.doi.org/10.13140/RG.2.1.3188.1367
17. Горобец В. А., Кунцевич Б. Ф., Петухов В. О. Двухволновые СО2-лазеры с максимальным перекрытием во времени импульсов излучения // Журнал прикладной спектроскопии. - 2012. - Т. 79. - №. 5. - С. 727-732.
18. Архипов Р. М. и др. Синхронизация мод в лазерах за счет явления самоиндуцированной прозрачности: новые теоретические и экспериментальные результаты //Известия Российской академии наук. Серия физическая. - 2020. - Т. 84. - №. 1. - С. 30-34. https://doi.org/10.31857/S0367676520010044
19. Ковригин А. И. и др. Динамика генерации лазеров на красителях при синхронной накачке ограниченным цугом пикосекундных импульсов // Квантовая электроника. - 1984. - Т. 11. - №. 10. - С. 2007-2018.
20. Смирнов В. И. Курс высшей математики. Том 3. Часть 2. Изд. 9. - 1974.