ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Факторы. влияющие на форму лишш (Ц). 2 2. Факторы, влияющие на когерентность (И) Оптический резонатор из "Введение в физику лазеров " МОЖНО принять уровни отдельных атомов Для возбуждения атомов на энергетические уровни, лежащие выше основного состояния, Б систему должна быть введена энергия, скажем, п тем пропускания электрического тока через газ Какие уровни реально возбуждаются в атом процессе — сложным образом завпспт от параметров разряда (давления и температуры газа размеров газоразрядной камеры, электрического тока и величины поля и т д ), а также от параметров, описывающих атомные состояния (от сечений возбуждения электронами, ионами и.1и нейтральными атомами, скоростей релаксации рассматриваемых состояний и т. д ) Вообще говоря, чтобы описать населенность различных возбужденных уровней в системе, нам следует найти распределение кинетической энергии электронов, атомов п ионов в разряде и зависпмость его от параметров разряда, а затем и пoJIьзoвaть эт информацию вместе с атомными параметрами (сечениями возбуждения, зависящими от кинетической энергии частиц, скоростями релаксации при радиационных распадах и т. д ) для определения населенностей агомов на различных энергетических уровнях. Разумеется для некоторых энергетических уровней могут оказаться валяными и другие эффекты (например, резонансные)1 существенно изменяя населенность этих уровней по сравнению с той, которая ожидается в таком простейшем приближении. [c.12] В случае спонтанного испускания различные атомы излучают независимо друг от друга, так что распределение интенсивности,, обусловленное всеми атомами источника, которые пребывают и соответствующем возбужденном состоянии, определяется суммированием распределений интенсивности (1 6) для индивидуальных атомов. Ясно, что выражение (1.G) описывает распределение интенсивности источника как целого, которое регистрируется, например, с помощью спектрометра. [c.13] Укорочение времени жизни ннжнего состояния может, таким образом, ушнрять линию перехода. Тип уширения, который мы обсуждали выше, обычно называют однородным. Каждый атом,, находясь в соответствующем верхнем состоянии, излучает линию-с полной шириной, так что связать определенную частотную компоненту внутри линии с определенным атомом в источнике невозможно. До сих пор мы рассматривали однородное уширение, определяемое скоростями радиационного распада состояний участвующих в переходах (естественное уширение). При определенных обстоятельствах, обусловленных внешним окружением атома, эти состояния могут разрушаться с большими скоростями в результате снятии возбуждения прн соударениях, нежели благодаря радиационным процессам. В этих случаях изменяется и выражение для скорости распада (1.7). Однородная ширина линии перехода, следовательно, может быть и функцией параметров разряда, а но только одних лишь атомных параметров, как это было в рассмотренном выше случае радиационного распада. [c.14] Наблюдение испущенного излучения цозволиет измерить энергию осциллятора, поскольку частота излучения дается соотношением (1.1). Следовательно, частота испущенного излучения определена с точностью до величины (1.8). [c.14] Бид функции V ) приве деи в приложении К. [c.15] Типичная величина Av, eoдн в оптическом диапазоне спектра для газа с атомным весом 40 с температурой 800° С составляет 1 ГГц. [c.16] Если же выбрать две точки вдоль направления распространения, то для описания свойств когерентности следует воспользоваться длиной когерентности. В этом случае можно рассмотреть вопрос о когерентности другим способом. Предположим, что наши две точки oв гeщeны в пространстве. Пусть нас интересует фазовое соотношение между полями излучения в этой одной точке пространства, ио в два момента времени, разделенные интервалом т (скажем, в моменты и г -Ь т). Мы бы обнаружили, что если т меньше некоторой величины Тког, называемой временем когерентности излучения, то определенное фазовое соотношение сохраняется во времени. Если же временной интервал больше этой величины то фазовое соотношение случайным образом флуктуирует во времени. [c.17] НО В разные моменты времени, при том условии, что временной а пространственный интервалы связаны скоростью распространения излучения. Когерептность такого типа пазываеюя временной когерентностью. [c.18] Специфической особенностью опгического резонатора лазера является то, что он имеет открытую структуру, состоящую из двух далеко разнесенных зеркал с большим коэффициентом отражения. [c.18] Когда оптический резонатор содержит активное вещество, его называют активным. Далее в этом параграфе мы главным образом будем касаться свойств лишь пассивного резонатора (в котором исгочиик энергии отсутствует). Это облегчит понимание механиз ма возникновения мод с большими п малыми потерями. [c.19] Мы уже упоминали, что различным поперечным модам соответствуют разные дифракционные потери. Дело в том, что различные поперечные моды описываются разными распределениями энергии по сечению зеркал резонатора. Дифракционные потери для моды, в которой большая часть энергии сосредоточена в центральной области зеркал резонатора, меньше, чем для моды, имеющей более высокую концентрацию энергии вблизи края (см. однако гл. 8, п. 5.1 об эффектах, связанных с наличием активной среды). [c.22] Детальная дифракционная теория открытого резонатора показывает, что если выполнены определенные требования устойчивости, то резонатор имеет ряд поперечных модсиизкими потерями. Каждой поперечной моде соответствует несколько продольных мод (различающихся числом узлов вдоль оси резонатора). В общем случае различные поперечные моды имеют разные частоты и разные дифракционные потери. Как частоты, так и потери определяются параметрами резонатора. В случае пассивного резонатора моды с малыми потерями отфильтровываются спустя определенное время из произвольной конфигурации поля в процессе распространения из.чучения и дифракции. [c.23] Если вернуться к случаю активного резонатора, то очевидно, что при увеличении уровня возбуждения активной среды лазера при прочих одинаковых условиях моды с низкими потерями начинают излучаться первыми. В общем же случае развитие определенной продольной моды (из общего числа продольных мод, связанных с данной поперечной модой), которая первой достигает порога генерации, определяется зависимостью усиления активного вещества от частоты. Мы возвратимся к этому вопросу в 5 этой главы. Путем соответствующего подбора параметров резонатора и активной среды можно получить генерацию на одной моде резонатора. [c.23] Вернуться к основной статье