ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Балансные уравнения одномодового одночастотного лазера из "Лазеры на алюмоиттриевом гранате с неодимом " Получили типичное уравнение вынужденных колебаний системы, на которую воздействует внешняя сила в виде шумовых источников поля излучения, и имеющую собственную резонансную частоту (Колебаний йо и внутреннее трение б. [c.85] Совпадение ширины спектра лазерного шума с шириной линии усиления не случайно. Оно следует из то1Ч), что основным источником шума является спонтанное излучение лазера, возникаюш,ее по всей линии люминесценции (или усиления) активной среды. [c.87] Излучение лазера с уровнем шумов, близким к квантовому, удается достичь только с помощью специальных мер [64, 65]. При этом уровень технических шумов снижается настолько, что в полосе частот около резонансиого релаксационного пика Qo и выше квантовые шумы становятся основными, а технические побочными. В области частот ниже Qo технические шумы по-прежнему остаются превалирующими. Поскольку эти меры и соответствующие технические устройства (сапфировые тепловые муфты на активном элементе, прецизионные по стабильности и с обратной связью источники накачки, специальные фундаменты, для конструкции лазера и т. п.) [64, 65] весьма сложны, то обычно их не применяют и основными в излучении лазера оказываются технические шумы. [c.89] Другим основным источником технических нестабильностей лазерного излучения являются флуктуации тем пературы активного элемента, приводящие к флуктуациям его термоо1Цтических искажений и населенности нижнего уровня второго рабочего перехода. Флуктуации температуры возникают в основном из-за турбулентности потока охлаждающей жидкости на поверхности активного элемента. В условиях турбулентности скорость съема тепла с поверхности элемента хаотически флуктуирует во времени. Флуктуации температуры поверхности проникают в толщу активного элемента, а теплопроводность кристалла не достаточна, чтобы быстро. выравнивать температуру по всему объему элемента. [c.90] Аналогичным источником технических нестабильностей излучения может быть появление воздушных конвективных потоков в резонаторе, пересекающих лазерный луч. Особенно сильными могут быть потоки вблизи источников гвнешнего тепловыделения, таких как торцы активного элемента и металлические цанги, крепящие элемент, внутрирезонаторная диафрагма, селектирующая поперечные моды, поверхности зеркал, отражающие пучок генерируемого излучения, и т. п. [c.90] Как видно из (3.22), при достаточно больших превышениях 1 40ЩH0 ти накачки над пороговой (а—1) 1 относительная глубина колебаний выходной мощности излучения лазера лишь в несколько раз 1превышает глубину колебаний электрической мощности накачки. Большую чувствительность ik колебаниям мощности накачки лазер имеет лишь при малых превышениях порога генерации (а—1) с1. [c.92] Флуктуации коэффициента потерь излучения в резонаторе могут быть (вызваны различными нестабильностями параметров лазера, основные из которых перечислены выше. Существует несколько физических механизмов, через которые эти нестабильности порождают флуктуации коэффициента потерь резонатора. [c.92] Распространенным механизмом является модуляция потерь при наличии так называемых нестабильных связанных резонаторов [55, 66, 71]. Связанные резонаторы возникают между основными зеркалами резонатора и торцами внутрирезонаторных элементов, таких как активный элемент и различного рода управляющие элементы (модуляторы, поляризаторы и т. п.). В условиях флуктуаций оптической длины резонатора (из-за нестабильностей (параметров лазера) потери излучения в многозеркальном резонаторе оказываются промодулированными, причем частоты модуляции могут достигать нескольких килогерц, а ам плитуды, в зависимости от остаточного отражения от торцов элементов, от единиц до десятков ттроцентов. Как показано в 3.2, даже в более устойчивом одномодовом одночастотном лазере при таких глубинах и частотах мо-,дуляции потерь резонатора в выходном излучении лазера могут возникнуть глубокие пульсации, вплоть до 100%. [c.92] Многочастотные (многомодовые) лазеры оказываются значительно менее устойчивыми к модуляции потерь резонатора 1[б5]. Обусловлено это тем, что за счет перекрытия мод в активной среде эффективные коэффициенты усиления отдельных мод уменьшаются по сравнению с коэ ффициентом усиления одночастотного лазера. В итоге даже относительно неглубокая (для одночастотного лазера) модуляция потерь резонатора способна периодически срывать генерацию отдельных, наиболее слабых мод. Повторный вы- ход в генерацию мод сопровождается возникновением глубоких релаксационных колебаний всего излучения лазера в целом. Время затухания колебаний составляет примерно 2,5 10 с. При частотах -модуляции потерь в несколько, килогерц периоды возбуждения релаксационных колебаний оказываются сравнимыми с временем затухания. Следовательно, не успев затухнуть, релаксационные колебания (Каждый раз будут вновь возбуждаться и в целом излучение будет иметь вид незатухающих глубоких пульсаций. Из-за случайного характера флуктуаций потерь резонатора и взаимодействия мод в активной среде пульсации имеют вид хаотических пич--ков, так называемый пичковый режим генерации (рис. 3.15). [c.92] В предыдущих главах были рассмотрены 1принцип действия и физика генерации лазеров с непрерывной и импульсной накачкой. Для Практического использования лазеров необходимо представление о конкретных характеристиках выходного излучения, а также о конструкции лазеров и их составных частей. В настоящей главе рассмотрены оптические схемы, узлы и элементы конструкции, а также подробные характеристики излучения отечественных серийных лазеров на гранате с неодимом. [c.93] Среди многообразия лазеров с непрерывной накачкой широкое применение нашли три вида одномодовые ла еры с модуляцией добротности, лазеры с преобразованием частоты и мощные лазеры непрерывного режима. [c.93] Одномодовые лазеры с модуляцией добротности. Лазеры серии ЛТИ-500 генерируют моду ТВМоо наинизшего порядка. [c.93] Лазеры ЛТИ-500 могут работать также в многомодовом режиме генерации (без селектирующей диафрагмы в резонаторе), при этом мощность излучения составляет 20—40 Вт. [c.95] Работа акустооптического затвора в резонаторе лазера основана на дифракции лазерного луча на ультразвуковой волне, возбуждаемой в фотоупругой среде. Вследствие дифракции часть света, прош е дшего через затвор, отклоняется от первоначального положения и не принимает участия в генерации. Другими словами, в резонатор вносятся дополнительные потери. В случае, когда коэффициент суммарных потерь 1преобладает над коэффициентом усиления, генерация прекращается. В отсутствие генерации под действием непрерывной накачки происходит возрастание инверсной населенности. После быстрого переключения затвора в состояние с малыми Потерями начинается развитие генерации, и запасенная энергия излучается в виде гигантского импульса. [c.96] Лазеры с преобразованием частоты. Лазеры серии ЛТИ-701 с Преобразованием частоты во вторую и четвертую гармоники построены на основе лазера ЛТИ-502. [c.97] Зависимость средней мощности излучения второй гармоники р2а ОТ частоты повторения имлульсов / имеет максимум в области 6—8 кГц, что соответствует расчетным данным (рис. 4.7). [c.98] Вернуться к основной статье