ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Основные представления о многомодовой генерации и причинах ее существования из "Оптические резонаторы и лазерные пучки " Таким образом, наложение мод с разными q приводит к неравномерности распределения интенсивности бегущих вдоль резонатора волн по его длине и к соответствующей временной модуляции с периодом Го в любом фиксированном сечении (скажем, на выходном зеркале). Справедливо и обратное утверждение наличие временной модуляции выходного сигнала с указанным периодом свидетельствует о неравномерности распределения излучения по длине резонатора, что, в свою очередь, является признаком одновременного присутствия ряда мод с разными аксиальными индексами. [c.175] Подобные явления иногда оказываются следствием очень быстрого возбуждения среды при больших потерях резонатора [26]. Чаще их, однако, вызывают специально, осуществляя внутрирезонаторную принудительную модуляцию с частотой 1/Го либо просто помещая в резонатор затвор из поглощающей нелинейной среды, пропускание которого растет с интенсивностью проходящего света. Такой затвор подчеркивает любые случайные флуктуации интенсивности с его помощью можно добиться того, что еще на стадии развития генерации излучение стягивается в снующий между зеркалами цуг с длиной 2Z, и временная развертка интенсивности превращается в набор следующих друг за другом с интервалом Го пичков с длительностью Т Tq. Число одновременно присутствующих мод при этом составляет примерно Го/Г все они определенным образом сфазированы друг по отношению к другу (иначе их наложение привело бы лишь к наличию случайного шума во временной развертке), поэтому данный эффект принято называть самосинхронизацией мод. [c.175] В случае неоднородного уширения спектральной полосы усиления спектр генерируемого излучения может оказаться широким и в отсутствие самосинхронизации. О неоднородном уширении говорят тогда, когда разные возбужденные атомы усиливают на различных частотах и поэтому ответственны за разные участки полосы усиления. При этом, естественно, наличие генерации на одном участке спектра не может воспрепятствовать возникновению генерации и на других. [c.175] Иное дело при однородном уширении, когда каждый атом имеет одни и те же форму и положение линии усиления (и люминесценции), совпадающие с формой и положением результирующей линии всего ансамбля атомов. Казалось бы, в этом случае, если нет затворов и т.п., стационарная генерация должна осуществляться на одной моде с самым низким порогом возбуждения (частота наиболее близка к частоте максимума полосы усиления, дифракционные потери минимальны). [c.175] Поясним природу подобных явлений, рассмотрев картину распределений полей и инверсной населенности вдоль длины линейного резонатора с неподвижной активной средой в стационарном режиме генеращш при этом будем по-прежнему иметь дело с модами, различающимися лишь аксиальными индексами. [c.176] Кривая на рис. ЪЛ2а условно изображает распределение интенсивности той моды, частота которой приходится на центр линии люминесценции и порог возбуждения поэтому оказывается самым низким (в действительности, конеадо, на длине резонатора укладывается неизмеримо большее число равных Х/2 периодов модуляции, чем на рисунке). [c.176] Указанное обстоятельство, казалось бы, противоречит материалам 2.1, в соответствии с которыми общее усиление каждого из двух составляющих моду следующих навстречу друг другу когерентных пучков должно определяться исключительно интегралом от коэффициента усиления по длине / /Гус(2 ) dz ведь в этот интеграл входят и зоны вблизи узлов поля, не принимающие реального участия в процессе усиления Противоречие снимается, если принять во внимание, что среда, к которой относится рис. 3.126, образует подобие толстой голографической решетки , от которой происходит частичное отражение создавших эту решетку пучков. В данном варианте взаимодействия отраженные пучки накладываются на проходящие, находясь с последними в противофазе и ослабляя их. Благодаря этому эффективный показатель усиления и оказывается меньше его среднего значения. [c.177] Описанный выше процесс роста среднего значения коэффициента усиления по мере повышения интенсивности накачки рано или поздно приводит к тому, что начинается генерация на соседних аксиальных модах. Хотя их частоты уже не приходятся на центр линии, что уменьшает коэффициент усиления, зато часть максимумов интенсивности попадает на места скопления большого адсла возбужденных атомов (см. рис. 3.12в с голографических позиций эффективное усиление возрастает из-за того, что отраженные от соответствующих участков голограммы волны оказываются в фазе с проходящими). [c.177] При еще большей накачке мощность генерации и на этих модах возрастет настолько, что они, наподобие первой, создадут сами для себя неблагоприятное распределение инверсной населенности в результате может оказаться достигнутым порог генерации на последующих боковых часто-тах и т.д. [c.177] Таким образом, повышение интенсивности накачки и мощности генерации сопровождается ростом числа присутствующих в генерации мод. Однако при этом усредненное за период Го распределение суммарной интенсивности, равное сумме интенсивностей отдельных мод, становится все более равномерным. В результате число атомов, шюхо охваченных процессом генерации, быстро уменьшается число мод растет все медленнее и при неограниченно возрастающей накачке стремится к некоему, не слишком большому, предельному значению. [c.177] Далее будет видно, что в случае резонаторов с малыми дифракционными потерями (устойчивых или плоских) аналогичный механизм вызывает одновременную генеращ1ю мод с различными поперечными индексами. [c.177] Рассмотренная последней пространственная конкуренщ я мод нередко оказывает существенное (или даже решающее) влияние не только на ширину спектра, но и на угловую расходимость излучения. Несмотря на это, в тех же книгах пространственной конкуренции не уделено должного внимания. Более того, там можно найти не только сообщение о том, что однородность уширения линии автоматически влечет за собой одномодовую генерацию [136], но и совершенно противоположные утверждения о столь же автоматическом выходе в генерацию всех мод, потери которых уступают величине ненасыщенного усиления (усиления, которое развивается при данной накачке в отсутствие генерации) [100]. Истина лежит где-то посредине. Отметим еще, что по сравнению с первыми двумя эффектами на характере пространственной конкуренции в большей мере сказываются индавидуальные особенности резонатора все это побуждает нас остановиться на данном вопросе немного подробнее. [c.178] Вернуться к основной статье